EP2509723A1 - Walzgerüst zur herstellung von walzband - Google Patents

Walzgerüst zur herstellung von walzband

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EP2509723A1
EP2509723A1 EP10775807A EP10775807A EP2509723A1 EP 2509723 A1 EP2509723 A1 EP 2509723A1 EP 10775807 A EP10775807 A EP 10775807A EP 10775807 A EP10775807 A EP 10775807A EP 2509723 A1 EP2509723 A1 EP 2509723A1
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contour
roll
support roller
stand according
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Robert Minichmayr
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Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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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
    • B21B13/142—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 by axially shifting the rolls, e.g. rolls with tapered ends or with a curved contour for continuously-variable crown CVC
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/021—Rolls for sheets or strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
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    • B21B2267/18—Roll crown; roll profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2269/00—Roll bending or shifting
    • B21B2269/12—Axial shifting the rolls

Definitions

  • the invention relates to a rolling mill for the production of rolled strip with work rolls, which are supported on backup rolls or intermediate rolls and backup rolls, wherein the
  • Work rolls and / or intermediate rolls and / or back-up rolls are arranged in the rolling stand mutually axially displaceable and each roll at least one, from a back-up roll and a work roll, or from a back-up roll and a
  • Intermediate roll formed roller pair, has a running over the entire effective bale length curved contour.
  • 03/022470 AI known mill stand follows the bale contour of a trigonometric function.
  • Such rollers are known in the art as SmartCrown®.
  • the invention has for its object to provide a rolling mill, in which, especially when a wide rolled strip is produced and rolled under high load, the maximum pressures acting on the working and support roller are lower, so that increases roller life and roll breaks as possible can be avoided.
  • the present invention is based on additionally forming a convex curvature on a support roll with a curved contour known per se, i. to deliberately increase the diameter of this roller in a central area.
  • This additional curvature can be produced in such a way that an overlay function is superimposed on the roll grinding, starting from a first contour function running complementary to the adjacent work roll.
  • Overlay function may be convex or concave with respect to the back-up roll axis, depending on whether it is subtracted or added.
  • a convex curvature is formed in the middle of the support roller, so that it no longer comes to complementarily complement adjacent rollers in the unloaded state, but an increasingly larger gap is formed in the direction of the edge of the rollers. Nevertheless, the symmetry of the load distribution remains.
  • a gap which widens outwards in the unloaded state to the adjacent roller is formed in the regions lying outside the middle. This further ensures that the effect of roll bending is enhanced.
  • the profile and flatness of the rolled strip can be better controlled during production.
  • a favorable embodiment may be characterized in that a concave overlay function is subtracted from the first contour function with respect to the support roller axis. When roller grinding this subtraction can be realized very easily.
  • Support roller axis convex overlay function is added. Again, it comes in the bale center of the support roller to the desired thickening.
  • Contour sections is formed, wherein the contour function is described by a trigonometric function.
  • the superimposition function is formed by a symmetrical, with respect to the center of the bale, on both sides monotonous function.
  • the overlay function can also by a
  • the contour is according to the equations
  • the quadratic term C * x 2 causes a superposition of a parabolic contour with the above-mentioned, known from the prior art trigonometric SmartCrown® contour. If the coefficient C were zero, the two adjacent rolls complement each other again in the load-free, unshifted state.
  • Figure 2 is a diagram in which a calculated
  • the work rolls 1, 1 'and the support rollers 2, 2' show a bale contour, which is described by a trigonometric function. Starting from a first contour function 7, which is in a
  • Contour function 10 of the support roller 2 characterized by the first contour function 7 with a superposition function 8 or 8 'superimposed.
  • This overlay function 8 or 8 ' is shown in the illustration of Figure 1 in the diagram above.
  • the overlay function 8 with respect to the support roller axis 9 is concave. According to the concave overlay function 8 of the first
  • Overlay function 8 ' which according to another embodiment of the invention is added to the contour function 7).
  • Bale center 4 This profile shape according to the invention can be easily taken from the graphic representation of FIG. Starting from the center of the bale 4, an increasingly larger gap between the support roller 2 and the work roll 1 forms on the left and on the right.
  • FIG. 2 shows in a diagram a calculated load distribution between a work roll 1 and a support roll 2.
  • the abscissa shows the position relative to the center of the roll stand, and the ordinate the force related to the length unit.
  • the curve 11 shows the load distribution for the case of fully complementary roll grinding, the contour of the work roll and the support roll being described by a trigonometric function according to the known SmartCrown® technology.
  • curve 12 shows the
  • Contour function 10 went from a superposition of the known Trigonometric contour function 7 with a function, - in the present example a quadratic function -, forth. As can be seen clearly from FIG. 2, load transfer to the middle of the roller takes place.
  • the graphical representation of the result of the calculation shows vividly that even with wide rolling stands with back-up rolls, which were intentionally cambered in the middle, load peaks can be reduced and, thanks to the invention, an equalization of the load distribution can be achieved.
  • This equalization of the load distribution has the advantage that the roll life can be increased by the invention and the risk of cracking or even roll breaks is reduced.

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Abstract

Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich an Stützwalzen oder Zwischenwalzen und Stützwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Zwischenwalzen und/oder Stützwalzen im Walzgerüst gegenseitig axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines aus einer Stützwalze und einer Arbeitswalze oder aus einer Stützwalze und einer Zwischenwalze gebildeten Walzenpaares eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweist, wobei die Kontur (5) der Stützwalze (2) durch eine Konturfunktion (10) vorgegeben ist, welche aus einer Überlagerung einer ersten Konturfunktion (7), welche in einem unverschobenen Zustand zur benachbarten Arbeitswalze (1) komplementär verläuft, mit einer bezüglich der Stützwalzenachse (9) konkaven oder konvexen Überlagerungsfunktion (8, 8') gebildet ist.

Description

Beschreibung
Walzgerüst zur Herstellung von Walzband
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich an Stützwalzen oder Zwischenwalzen und Stützwalzen abstützen, wobei die
Arbeitswalzen und/oder Zwischenwalzen und/oder Stützwalzen im Walzgerüst gegenseitig axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines, aus einer Stützwalze und einer Arbeitswalze, oder aus einer Stützwalze und einer
Zwischenwalze, gebildeten Walzenpaares, eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende gekrümmte Kontur aufweist.
Stand der Technik
Aus der WO 2007/144162 AI ist ein Walzgerüst bekannt, bei dem die Ballenkontur der Walzen durch eine trigonometrische
Funktion beschrieben ist. Im unbelasteten Zustand tritt eine teilweise oder vollständige Ergänzung der Ballenkontur der Stützwalzen und der unmittelbar benachbarten Arbeitswalzen oder der Zwischenwalzen auf. Auch bei dem aus der WO
03/022470 AI bekannten Walzgerüst, folgt die Ballenkontur einer trigonometrischen Funktion. In der Fachwelt sind derartige Walzen unter der Bezeichnung SmartCrown® bekannt.
Bei sehr breiten Walzgerüsten hat sich aber in der Praxis gezeigt, dass insbesondere beim Walzen breiter Bänder und unter hoher Last in den Randbereichen der Walzen hohe Drücke auftreten. Dieser Effekt ist unerwünscht und verstärkt sich mit zunehmendem Arbeitswalzendurchmesser, sowie durch den Einsatz von Walzenbiegung. Dieses Problem ist nicht auf einen speziell ausgebildeten Walzenschliff beschränkt, sondern tritt grundsätzlich auch bei konventionell geschliffenen Walzen auf.
Darstellungen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst anzugeben, bei dem, insbesondere wenn ein breites Walzband hergestellt und unter hoher Last gewalzt wird, die auf die Arbeits- und Stützwalze wirkenden maximalen Drücke geringer sind, so dass Walzenstandzeiten erhöht und Walzenbrüche möglichst vermieden werden können.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, an einer Stützwalze mit einer an sich bekannten gekrümmten Kontur zusätzlich eine konvexe Wölbung auszubilden, d.h. bei dieser Walze in einem mittleren Bereich bewusst den Durchmesser zu vergrößern.
Diese zusätzliche Wölbung kann so hergestellt werden, dass beim Walzenschliff, ausgehend von einer zur benachbarten Arbeitswalze komplementär verlaufenden ersten Konturfunktion eine Überlagerungsfunktion überlagert wird. Diese
Überlagerungsfunktion kann bezüglich der Stützwalzenachse konvex oder konkav verlaufen, je nach dem ob sie subtrahiert oder addiert wird. Durch diese Überlagerung wird erreicht, dass sich in der Mitte der Stützwalze eine konvexe Wölbung ausbildet, so dass es im unbelasteten Zustand nicht mehr zur komplementären Ergänzung benachbarter Walzen kommt, sondern sich in Richtung des Randes der Walzen ein zunehmend größer werdender Spalt ausbildet. Die Symmetrie der Lastverteilung bleibt aber dennoch erhalten. Mit der zusätzlich
ausgebildeten Wölbung wird eine Vergleichmäßigung der Last zwischen der Stützwalze und der unmittelbar benachbarten Walze (Arbeitswalze oder Zwischenwalze) erreicht. Mit anderen Worten, die Pressungsverteilung zwischen Stützwalze und benachbarten Walze ist durch die erfindungsgemäße
Stützwalzenkontur gleichmäßiger. Linienlastspitzen werden abgebaut. Infolge davon ist das Risiko von Rissbildung oder gar Walzenbruch geringer. Die Walzenstandzeit ist höher.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Stützwalzenkontur entsteht in den außerhalb der Mitte liegenden Bereichen ein im unbelasteten Zustand nach außen größer werdender Spalt zur benachbarten Walze. Dadurch wird weiters erreicht, dass die Wirkung der Walzenbiegung verstärkt wird. Profil und Planheit des Walzbandes können bei der Herstellung dadurch besser geregelt werden.
Eine günstige Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass von der ersten Konturfunktion eine bezüglich der Stützwalzenachse konkave Überlagerungsfunktion subtrahiert wird. Beim Walzenschliff kann diese Subtraktion sehr leicht realisiert werden.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass bei der Herstellung der Kontur der Stützwalze zur ersten Konturfunktion eine bezüglich der
Stützwalzenachse konvexe Überlagerungsfunktion addiert wird. Auch hier kommt es in der Ballenmitte der Stützwalze zu der gewünschten Aufdickung.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die erste Konturfunktion aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten
Konturabschnitten gebildet ist, wobei die Konturfunktion durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist. Dadurch kann bei der eingangs erwähnten SmartCrown® - Technologie sehr leicht die gewünschte zusätzliche konvexe Krümmung in der Ballenmitte der Stützwalze realisiert werden.
Eine andere günstige Ausführungsform kann dadurch
gekennzeichnet sein, dass die erste Konturfunktion durch eine Polynomfunktion gebildet ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Überlagerungsfunktion durch eine bezogen auf die Ballenmitte symmetrische, beidseitig monotone Funktion gebildet ist.
Die Überlagerungsfunktion kann auch durch eine
Polynomfunktion, eine trigonometrische Funktion, eine
Kreisfunktion oder eine Potenzfunktion gebildet sein.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kontur entsprechend der Gleichungen
2 * φ * {x - c)
RL(x,c) = R0-A* sin + B*x-C*x2
^REF j
mit
Radius der oberen Stützwalze
RL Radius der unteren Stützwalze
X Axialposition bezüglich der Walzenmitte
c Konturverschiebung
R0 Walzenradiusoffset
A Konturkoeffizient
φ Konturwinkel
LREF Schliffreferenzlänge
B Kippkoeffizient
C Koeffizient zweiter Ordnung (C > 0)
gebildet .
Der quadratische Term C*x2 bewirkt eine Überlagerung einer parabolischen Kontur mit der eingangs erwähnten, aus dem Stand der Technik bekannten trigonometrischen SmartCrown® Kontur. Wenn der Koeffizient C null wäre, ergänzen sich die beiden benachbarten Walzen im lastenfreien unverschobenen Zustand wieder komplementär.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung eines oberen Teils eines Quarto-Walzgerüstes, welche eine Kontur einer Stützwalze zeigt, welche gemäß einer Ausführung der Erfindung aus einer Überlagerung hervorgegangen ist, bei der von einer ersten Konturfunktion, welche zur benachbarten Arbeitswalze komplementär verläuft, eine bezüglich der Stützwalzenachse konkave Überlagerungsfunktion subtrahiert bzw. eine bezüglich der Stützwalzenachse konvexe
Überlagerungsfunktion addiert wurde;
Figur 2 ein Diagramm, in welchem eine berechnete
Lastverteilung zwischen einer oberen Arbeits- und Stützwalze in Abhängigkeit der Position bezogen auf die Gerüstmitte dargestellt ist, wobei Kurve 12 den
Fall mit der erfindungsgemäßen Wölbung und Kurve 11 den Fall ohne der erfindungsgemäßen Wölbung der Stützwalze darstellt.
Ausführung der Erfindu
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den oberen Teil eines Quarto-Walzgerüstes mit erfindungsgemäßen Stützwalzen in einem unbelasteten unverschobenen Zustand.
(Der darunter liegende Teil des Quarto-Walzgerüstes ist nur strichliert angedeutet.) Die Arbeitswalzen 1, 1' und die Stützwalzen 2, 2' zeigen eine Ballenkontur, die durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist. Ausgehend von einer ersten Konturfunktion 7, welche sich in einem
unbelasteten Zustand komplementär mit der Kontur der
Arbeitswalze 1 ergänzt, erhält man die erfindungsgemäße
Konturfunktion 10 der Stützwalze 2 dadurch, indem man die erste Konturfunktion 7 mit einer Überlagerungsfunktion 8 bzw. 8' überlagert. Diese Überlagerungsfunktion 8 bzw. 8' ist in der Darstellung der Figur 1 im Diagramm oben dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Überlagerungsfunktion 8 bezüglich der Stützwalzenachse 9 konkav. Erfindungsgemäß wird die konkave Überlagerungsfunktion 8 von der ersten
Konturfunktion 7 subtrahiert. Das Ergebnis ist die Kontur 5 der Stützwalze 2, welche in Figur 1 strichliert gezeichnet ist und durch die Konturfunktion 10 beschrieben ist.
(Analoges gilt für den Fall der konvexen
Überlagerungsfunktion 8', die gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung zur Konturfunktion 7 addiert wird) .
Das Ergebnis dieser erfindungsgemäßen Überlagerung ist eine zusätzliche Bombierung der Stützwalze 2 im Bereich der
Ballenmitte 4. Diese erfindungsgemäße Profilform kann der zeichnerischen Darstellung der Figur 1 leicht entnommen werden. Ausgehend von der Ballenmitte 4 bildet sich links und rechts ein zunehmend größer werdender Spalt zwischen der Stützwalze 2 und der Arbeitswalze 1 aus.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Ergänzung der Ballenkontur wird im Folgenden anhand der Figur 2 erläutert. Figur 2 zeigt in einem Diagramm eine berechnete Lastverteilung zwischen einer Arbeitswalze 1 und einer Stützwalze 2. Auf der Abszisse ist dabei die Position bezogen auf die Mitte des Walzgerüstes aufgetragen, auf der Ordinate die auf die Längeneinheit bezogene Kraft. Die Kurve 11 zeigt die Lastverteilung für den Fall vollständig ergänzender Walzenschliffe, wobei die Kontur von Arbeitswalze und Stützwalze durch eine trigonometrische Funktion gemäß der bekannten SmartCrown® - Technologie beschrieben ist. Demgegenüber zeigt Kurve 12 die
Lastverteilung für den Fall einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Konturfunktion 10 der Stützwalze 2. Diese
Konturfunktion 10 ging aus einer Überlagerung der bekannten trigonometrischen Konturfunktion 7 mit einer Funktion, - im vorliegenden Beispiel eine quadratische Funktion -, hervor. Wie aus der Figur 2 deutlich ersichtlich ist, findet eine Lastumlagerung zur Mitte der Walze statt.
Die grafische Darstellung des Ergebnisses der Berechnung zeigt anschaulich, dass auch bei breiten Walzgerüsten mit Stützwalzen, die in der Mitte bewusst bombiert wurden, Lastspitzen abgebaut werden können und Dank der Erfindung eine Vergleichmäßigung der Lastverteilung erzielt werden kann .
Diese Vergleichmäßigung der Lastverteilung hat den Vorteil, dass die Walzenstandzeit durch die Erfindung erhöht werden kann und das Risiko von Rissbildung oder gar Walzenbrüchen reduziert wird.
Der erfindungsgemäße Effekt der Vergleichmäßigung der
Lastverteilung ist selbstverständlich nicht auf das oben erläuterte Quarto-Walzgerüst beschränkt, sondern führt auch bei der Lastverteilung zwischen Zwischenwalzen und
Stützwalzen in einem Sexto-Walzgerüst zu einer Reduktion von Lastspitzen und zu einer Vergleichmäßigung des Lastprofils.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1, 1' Arbeitswalze
2, 2 ' Stützwalze
3 Kontur der Arbeitswalze 1
4 Ballenmitte
5 Kontur der Stützwalze 2
6 Walzband
7 erste Konturfunktion
8, 8 ' Überlagerungsfunktion
9 Stützwalzenachse
10 Konturfunktion
11 Kurve der Lastverteilung ohne konvexer Wölbung
12 Kurve der Lastverteilung mit konvexer Wölbung

Claims

Patentansprüche
1. Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit
Arbeitswalzen, die sich an Stützwalzen oder
Zwischenwalzen und Stützwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Zwischenwalzen und/oder
Stützwalzen im Walzgerüst gegenseitig axial
verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines aus einer Stützwalze und einer Arbeitswalze oder aus einer Stützwalze und einer Zwischenwalze gebildeten Walzenpaares eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) durch eine Konturfunktion (10) vorgegeben ist, welche aus einer Überlagerung einer ersten Konturfunktion (7), welche in einem unverschobenen Zustand zur benachbarten Arbeitswalze (1) komplementär verläuft, mit einer bezüglich der Stützwalzenachse (9) konkaven oder konvexen Überlagerungsfunktion (8, 8') gebildet ist.
2. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturfunktion (10) der Stützwalze (2) durch eine Subtraktion der ersten Konturfunktion (7) und der konkaven Überlagerungsfunktion (8) gebildet ist.
3. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturfunktion (10) der Stützwalze (2) durch eine Addition der ersten Konturfunktion (7) und der konvexen Überlagerungsfunktion (8') gebildet ist.
4. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturfunktion (7) aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten Konturabschnitten gebildet ist, wobei die
Konturfunktion (7) durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist.
5. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturfunktion (7) aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten
Konturabschnitten gebildet ist, wobei die
Konturfunktion (7) durch eine Polynomfunktion
beschrieben ist.
6. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine, bezogen auf die Ballenmitte (4)
symmetrische, beidseitig monotone Funktion gebildet ist .
7. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine
Polynomfunktion gebildet ist.
8. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine trigonometrische Funktion gebildet ist.
9. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine
Kreisfunktion gebildet ist.
10. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine
Potenzfunktion gebildet ist.
11. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) jeweils in ihrem Randbereich eine Randanfasung
aufweist .
12. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) entsprechend der Gleichung
RL (x, c) = R0 - .4 + B * x - C * x
mit
Radius der oberen Stützwalze
Radius der unteren Stützwalze
X Axialposition bezüglich der Walzenmitte
c Konturverschiebung
R0 Walzenradiusoffset
A Konturkoeffizient
φ Konturwinkel
LREF Schliffreferenzlänge
B Kippkoeffizient
C Koeffizient zweiter Ordnung (C > 0)
gebildet ist.
EP10775807.0A 2009-12-10 2010-11-04 Walzgerüst zur herstellung von walzband Revoked EP2509723B1 (de)

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