Walzenanordnung roll arrangement
Die Erfindung betrifft eine Walzenanordnung zum Einsatz in der Hüttentechnik, aufweisend eine Walze mit einem Walzenballen und zwei Walzenzapfen, und mindestens eine Zapfenbuchse zum drehfesten Aufnehmen eines der Walzenzapfen ohne Radialspiel. Aus dem Stand der Technik sind Walzenanordnungen bekannt, bei denen der Walzenzapfen in einer zylinderförmigen oder kegeligen Zapfenbuchse aufgenommen ist. Beispielsweise werden Ölfilmlager in Walzwerken zum Lagern von Stützwalzen, die die Walzkräfte aus Anstellzylindern übernehmen und diese an die Arbeitswalzen übertragen, eingesetzt. Dabei handelt es sich um hochbelastete Gleitlager, die meist im hohen Sommerfeldzahlenbereich, das heißt bei einer relativ niedrigen Drehzahl und bei hoher Belastung, arbeiten. Bei den sehr hohen Drücken bis teilweise über 1500 bar, die sich in der Lastzone ausbilden, findet eine elastische Verformung bzw. Abflachung der druckbelasteten Flächen statt. Durch dieses Abflachen im elastischen Bereich entsteht eine größere druckwirksame Fläche entgegen der Wirkrichtung der äußeren Kraft, die beispielsweise durch den Anstellzylinder aufgebracht wird. Das Lager kann somit mehr Last tragen. Diesen Effekt bezeichnet man als Elastohydrodynamische (EHD) Tragkraftsteigerung. Um diesen Effekt noch zu verstärken, werden so genannte Morgoil-KLX®-Lager eingesetzt, die eine dünnwandige, konisch ausgebildete Zapfenbuchse als Lauffläche besitzen, siehe auch US 6,468,194 oder EP 1 213 061 . The invention relates to a roller assembly for use in metallurgical engineering, comprising a roller with a roll barrel and two roll neck, and at least one pin bushing for receiving one of the roll neck without radial play. Roll arrangements are known from the prior art, in which the roll neck is received in a cylindrical or tapered pin bush. For example, oil film bearings are used in rolling mills for supporting back-up rolls that take over the rolling forces from pick-up cylinders and transfer them to the work rolls. These are highly loaded plain bearings, which usually work in the high summer field number range, ie at a relatively low speed and under high load. At the very high pressures up to partially over 1500 bar, which form in the load zone, an elastic deformation or flattening of the pressure-loaded surfaces takes place. This flattening in the elastic region results in a larger pressure-effective surface counter to the effective direction of the external force, which is applied for example by the adjusting cylinder. The bearing can thus carry more load. This effect is called Elastohydrodynamic (EHD) increase in load capacity. In order to increase this effect, called Morgoil KLX ® bearings are used, which have a thin-walled, conical pin bush as the tread, see also US 6,468,194 or EP 1,213,061.
Aus der Druckschrift„Newsletter 01/2009, SMS Group, 16. Jahrgang, Nr.: 1 , April 2009, Seite 50 bis 51 " sind Morgoil-KLX®-Lager zur Walzenanordnung bekannt, bei denen eine Zapfenbuchse auf einem kegeligen Walzenzapfen aufgesetzt ist.
Zur Drehmomentübertragung ist eine Passfeder zwischen der Zapfenbuchse und dem Walzenzapfen angeordnet. From the publication "Newsletter 01/2009, SMS Group, 16th Year, No: 1, April 2009, pages 50 to 51" Morgoil KLX ® bearings for roller assembly are known in which a pin bushing is mounted on a tapered roll neck , For torque transmission, a feather key is disposed between the pin bushing and the roll neck.
Die EP 1 651 876 B1 beschreibt ein Ölfilmlager für Walzenzapfen, dessen auf ihn aufgezogene Zapfenbuchse von einer im Einbaustück angeordneten Lagerbuchse umgeben ist. EP 1 651 876 B1 describes an oil film bearing for roll neck, the neck bushing of which is mounted on it and which is surrounded by a bearing bush arranged in the chock.
Aus der Druckschrift DE 603 03 052 D2 ist ein Ölfilmlager für den Einsatz in Walzwerken bekannt, mit einer zylinderförmigen Buchse zum drehbaren Tragen der Zapfenfläche eines Walzenzapfens, wobei die Buchse zur Aufnahme von Schmiermittel mit Vertiefungen versehen ist. From the document DE 603 03 052 D2 an oil film bearing for use in rolling mills is known, with a cylindrical sleeve for rotatably supporting the journal surface of a roll neck, wherein the bush is provided for receiving lubricant with depressions.
Die DE 38 76 663 T2 beschreibt eine zylinderförmige Buchse zum Tragen eines umlaufenden Lagers auf einen hydrodynamischen Schmierfilm. DE 38 76 663 T2 describes a cylindrical bush for supporting a rotating bearing on a hydrodynamic lubricant film.
Nachteile der bisher bekannten Lösungen bestehen darin, dass zur Übertragung der sehr hohen Lasten eine den Lasten angepasste große Dimensionierung der Lagerung vorgesehen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tragkraft einer Walzenanordnung weiter zu erhöhen, ohne die Baugröße bzw. die Einbaugröße der Walzenanordnung zu vergrößern. Disadvantages of the previously known solutions are that for the transmission of very high loads a load adapted large dimensions of the storage is provided. The invention has for its object to further increase the carrying capacity of a roller assembly, without increasing the size or the installation size of the roller assembly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung beschreibt eine Walzenanordnung zum Einsatz in der Hüttentechnik, aufweisend eine Walze mit einem Walzenballen und zwei Walzenzapfen, und mindestens eine Zapfenbuchse zum drehfesten Aufnehmen eines der Walzenzapfen ohne Radialspiel. Die Walzenanordnung ist besonders dadurch gekennzeichnet, dass im unbelasteten Zustand ein umlaufender Hohlraum zwischen der Zapfenbuchse und dem Walzenzapfen ausgebildet ist. This object is achieved by the features of claim 1. The invention relates to a roller assembly for use in metallurgical engineering, comprising a roller with a roll barrel and two roll necks, and at least one pin bushing for non-rotatably receiving one of the roll neck without radial play. The roller arrangement is particularly characterized in that in the unloaded state, a circumferential cavity between the pin bushing and the roll neck is formed.
Seite 2
Der Hohlraum ist in Abhängigkeit der maximalen Lagerkraft genau vordimensioniert. Der umlaufende Hohlraum ist in Form eines rotationssymmetrischen Ringspalts im Sinne eines umlaufenden Hohlprofils in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Walzenanordnung ausgebildet. Page 2 The cavity is precisely pre-dimensioned as a function of the maximum bearing force. The circumferential cavity is formed in the form of a rotationally symmetrical annular gap in the sense of a circumferential hollow profile in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the roller assembly.
Durch den erfindungsgemäßen Hohlraum entsteht zwischen der Zapfenbuchse und dem Walzenzapfen ein vergrößerter Freiraum, in welchen sich die Zapfenbuchse unter Belastung im räumlichen Bereich der Krafteinwirkung lokal abflachen kann. Durch die Abflachung der Zapfenbuchse wird die druckwirksame Fläche zur Aufnahme von Kräften vergrößert und die Belastbarkeit der Walzenanordnung deutlich gesteigert, ohne deren Baugröße vergrößern zu müssen. Näheres siehe im Kapitel„Funktionsweise" am Ende der Beschreibung. As a result of the cavity according to the invention, an enlarged clearance is created between the pin bushing and the roll neck, in which the pin bushing can locally flatten under load in the spatial region of the force effect. By flattening the pin bush, the pressure-effective surface is increased to absorb forces and the load capacity of the roller assembly significantly increased without having to increase their size. For details, see the chapter "Operation" at the end of the description.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Hohlraum durch eine rotationssymmetrische konkave Ausprägung an der Mantelfläche des Walzenzapfens und/oder an der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse vergrößert und begrenzt ist. According to a first embodiment it is provided that the cavity is enlarged and limited by a rotationally symmetrical concave expression on the lateral surface of the roll neck and / or on the inner circumferential surface of the neck bushing.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mantelfläche des Walzenzapfens und/oder die innere Mantelfläche der Zapfenbuchse im Bereich ihrer konkaven Ausprägung - im Längsschnitt der Walzenanordnung gesehen - zumindest abschnittsweise in Form einer Geraden, einer Sinuskurve, einer polygonalen Kurve R(x) n- ten Grades oder einer Kombination aus diesen konturiert ist. Um einen stabilen Lagersitz für die Zapfenbuchse auf dem Walzenzapfen ohne Radialspiel zu gewährleisten weisen die Zapfenbuchse und der Walzenzapfen - in axialer Richtung benachbart zu dem Hohlraum - aneinandergrenzende Auflageflächen auf. A further embodiment of the invention provides that the lateral surface of the roll neck and / or the inner surface of the neck bushing in the region of its concave expression - seen in longitudinal section of the roller assembly - at least in sections in the form of a straight line, a sine curve, a polygonal curve R (x) of the lowest degree or a combination of these. To ensure a stable bearing seat for the pin bushing on the roll neck without radial play, the pin bushing and the roll neck - adjacent to the cavity in the axial direction - on adjacent bearing surfaces.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kontur der Mantelfläche des Walzenzapfens oder die Kontur der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse im Bereich ihrer konkaven Ausprägung - im Längsschnitt der Walzenanordnung gesehen - im It is further provided that the contour of the lateral surface of the roll neck or the contour of the inner circumferential surface of the pin bush in the region of its concave expression - seen in longitudinal section of the roller assembly - in
Seite 3
Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Profilabschnitten stetig und differenzierbar ist. Vorteilhafterweise werden damit zwischen den einzelnen Profilabschnitten der Profilierung fließende Übergänge ohne Kanten geschaffen, um so vor allem im Belastungsfall die Bildung von Eindruckstellen, zum Beispiel Riefen, an den gegeneinander wirkenden Mantelflächen der Zapfenbuchse und des Walzenzapfens zu vermeiden. Vorteilhafterweise wird damit auch den Nachteilen einer möglichen Kerbwirkung entgegengewirkt. Page 3 Transition region between two adjacent profile sections is continuous and differentiable. Advantageously, smooth transitions are thus created without edges between the individual profile sections of the profiling, so as to avoid the formation of indents, for example grooves, on the mutually acting lateral surfaces of the journal bushing and the roll neck, especially in the case of loading. Advantageously, this also counteracts the disadvantages of a possible notch effect.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kontur der Mantelfläche des Walzenzapfens oder die Kontur der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse im Bereich ihrer konkaven Ausprägung - im Längsschnitt der Walzenanordnung gesehen -, korreliert mit der Verteilung der Lagerkraft in axialer Richtung, so dass unter Last lokal eine möglichst große Abflachung der Zapfenbuchse in ihrem elastischen Bereich erzielt wird, die zu einer vergrößerten Tragkraft der Walzenanordnung bei unveränderter Baugröße führt. Furthermore, it is provided that the contour of the lateral surface of the roll neck or the contour of the inner surface of the pin bushing in the region of its concave expression - seen in longitudinal section of the roller assembly - correlates with the distribution of the bearing force in the axial direction, so that under load locally as large as possible Flattening of the pin bushing is achieved in its elastic range, which leads to an increased load capacity of the roller assembly with unchanged size.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die Mantelfläche des Walzenzapfens kegelstumpfförmig und die innere Mantelfläche der Zapfenbuchse komplementär kegelstumpfförmig ausgebildet sind. Vorteilhafterweise lässt sich die Zapfen- buchse über den Konus leicht auf den Walzenzapfen montieren bzw. wieder demontieren. Furthermore, the invention provides that the lateral surface of the roll neck frustoconical and the inner circumferential surface of the pin bushing are complementary frusto-conical. Advantageously, the journal bushing can be easily mounted on the roll neck via the cone or dismantled again.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, dass die Mantelfläche des Walzenzapfens zylinderförmig und die innere Mantelfläche der Zapfenbuchse komplementär zylinderförmig ausgebildet sind. Vorteilhafterweise wird hierbei zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung ohne Radialspiel die Zapfenbuchse auf den Walzenzapfen aufgeschrumpft. In an alternative preferred embodiment of the arrangement according to the invention it is provided that the lateral surface of the roll neck are cylindrical in shape and the inner circumferential surface of the pin bushing are designed to be complementary cylindrical. Advantageously, in this case, the journal bush is shrunk onto the roll neck to produce a frictional connection without radial play.
Seite 4
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass es sich bei der Walze um eine Stützwalze oder um eine Zwischenwalze oder eine Arbeitswalze zur Verwendung in einem Walzgerüst handelt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Anordnung mindestens ein Einbaustück mit einer Lagerbuchse aufweist, in welcher die Zapfenbuchse mit dem Walzenzapfen bzw. mit der Walze unter Verwendung eines tragenden Ölfilms zwischen der Lagerbuchse und der Zapfenbuchse gleitend gelagert ist. page 4 Furthermore, the invention provides that the roll is a back-up roll or an intermediate roll or a work roll for use in a roll stand. According to a further embodiment it is provided that the arrangement comprises at least one chock with a bearing bush in which the pin bushing is slidably mounted with the roll neck or with the roller using a bearing oil film between the bearing bush and the pin bushing.
Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, vorhandene Walzenanordnungen beispielsweise innerhalb einer Walzanlage durch erfindungsgemäße Walzenanordnungen zu ersetzen bzw. auszutauschen, um eine Tragkraftsteigerung bzw. eine Leistungssteigerung der Lagerung zu schaffen, ohne den vorhandenen Einbauraum verändern zu müssen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist leicht zu montieren. Im Reparaturfall ist ein einfacher und schneller Austausch möglich. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale allein oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Overall, with the arrangement according to the invention a simple and cost-effective way created to replace existing roller assemblies, for example, within a rolling mill by roller arrangements according to the invention or exchange, to create a lifting capacity or an increase in performance of the storage without having to change the existing installation space. The arrangement according to the invention is easy to assemble. In case of repair, a simple and quick replacement is possible. Further advantages and details of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description in which the embodiments of the invention shown in the figures are explained in more detail. In addition to the combinations of features listed above, features alone or in other combinations are essential to the invention.
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 detailliert beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in detail below with reference to Figs. Show it:
Seite 5
Figur 1 eine Walze mit profilierter zylindrischer Zapfenbuchse; Figur 2 eine Walze mit profilierter konischer Zapfenbuchse; und Figur 3a bis page 5 Figure 1 is a roll with profiled cylindrical pin bushing; Figure 2 is a roller with profiled conical pin bushing; and FIGS. 3a to
Figur 3c unterschiedliche Profilverläufe für die Mantelfläche des Walzenzapfens und/oder der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse. Figure 3c different profile curves for the lateral surface of the roll neck and / or the inner surface of the pin bushing.
Figur 4 Darstellung der elastischen Verformung an der Zapfenbuchse Figure 4 representation of the elastic deformation of the pin bushing
- Schnittdarstellung im Bereich des maximalen Hohlraums. - Sectional view in the area of the maximum cavity.
In der Figur 1 ist eine Walzenanordnung 100 zum Einsatz beispielsweise in der Hüttentechnik dargestellt, mit einer Walze mit einem Walzenballen 1 1 und zumindest einem zylinderförmigen Walzenzapfen 10. Der Walzenzapfen 10 ist in einer zu dem Walzenzapfen 10 komplementär zylinderförmig ausgebildeten Aufnahmebohrung der Zapfenbuchse 20 drehfest und zumindest ohne radiales Spiel gelagert. Zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung ohne Radialspiel ist die Zapfenbuchse 20 beispielsweise auf den Walzenzapfen 10 aufgeschrumpft. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, zwischen dem Walzenzapfen 10 und der Zapfenbuchse 20 zumindest ein Mitnehmerelement 23, beispielsweise in Form einer Passfeder oder eines entsprechend speziell ausgebildeten Nutensteins, anzuordnen. Die innere Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 und/oder die äußere Mantelfläche des Walzenzapfens sind mit einer konkaven Kontur, nachfolgend auch Profilierung 40 genannt, versehen, die beispielsweise durch Drehen und/oder Schleifen hergestellt ist. Die Profilierung 40 ist im Bereich ihrer konkaven Ausprägung - im Längsschnitt der Zapfenbuchse 20 gesehen - zumindest abschnittsweise in Form einer Geraden, einer Sinuskurve, einer polygonalen Kurve R(x) n- ten Grades oder einer Kombination aus diesen konturiert. Die In the figure 1, a roller assembly 100 is shown for use, for example in the field of metallurgy, with a roller with a roll barrel 1 1 and at least one cylindrical roll neck 10. The roll pin 10 is rotatably in a complementary to the roll neck 10 cylindrically shaped receiving bore of the pin bushing 20 and stored at least without radial play. To produce a frictional connection without radial clearance, the journal bush 20 is shrunk onto the roll neck 10, for example. Advantageously, it is provided between the roll neck 10 and the pin bushing 20 to arrange at least one driver element 23, for example in the form of a feather key or a correspondingly specially designed sliding block. The inner circumferential surface 21 of the pin bushing 20 and / or the outer surface of the roll neck are provided with a concave contour, hereinafter also referred to as profiling 40, which is produced for example by turning and / or grinding. The profiling 40 is in the region of its concave shape - seen in longitudinal section of the pin bushing 20 - at least partially contoured in the form of a straight line, a sine curve, a polygonal curve R (x) nth degree or a combination of these. The
Seite 6
Profilierung 40 kann aber auch eine einfache parabelförmige Kurvenform beschreiben. page 6 Profiling 40 can also describe a simple parabolic waveform.
Durch die konkaven Kurvenverläufe bzw. Ausprägungen bilden sich an der Zapfenbuchse 20 oder an dem Walzenzapfen 10 Vertiefungen, die bei aufgesetzter Zapfenbuchse 20 auf den Walzenzapfen 10 im unbelasteten Zustand einen radial umlaufenden rotationssymmetrischen Hohlraum 12 zwischen der Zapfenbuchse 20 und dem Walzenzapfen 10 ausbilden. Der Hohlraum 12 ist in Form eines Ringspalts im Sinne eines umlaufenden rotationssymmetrischen Hohlprofils ausgebildet. Die äußere Mantelfläche 22 der Zapfenbuchse 20 und die Mantelfläche 13 des Walzenzapfens 10 sind in der gezeigten Darstellung gemäß Figur 1 beispielhaft zylinderförmig ausgebildet. Due to the concave curves or forms 10 recesses are formed on the pin bushing 20 or on the roll neck, which form a radially encircling rotationally symmetrical cavity 12 between the pin bushing 20 and the roll neck 10 with attached pin bushing 20 on the roll neck 10 in the unloaded state. The cavity 12 is designed in the form of an annular gap in the sense of a circumferential rotationally symmetrical hollow profile. The outer circumferential surface 22 of the pin bushing 20 and the lateral surface 13 of the roll neck 10 are formed in the illustration shown in Figure 1 by way of example cylindrical.
Es kann vorgesehen sein, die zuvor beschriebene Profilierung 40 an der Mantelfläche 13 des Walzenzapfens 10 anzuordnen und die innere Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 zylinderförmig auszubilden. Die oben beschriebenen Profilierungen 40 können auch gleichzeitig sowohl an der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse wie auch an der äußeren Mantelfläche des Walzenzapfens, vorzugsweise gegenüberliegend, ausgebildet sein. It can be provided to arrange the above-described profiling 40 on the lateral surface 13 of the roll neck 10 and to form the inner circumferential surface 21 of the pin bush 20 in a cylindrical manner. The profilings 40 described above can also be formed simultaneously both on the inner circumferential surface of the journal bushing and on the outer circumferential surface of the roll neck, preferably opposite one another.
Zur Begrenzung der Aufschiebeposition der Zapfenbuchse 20 beim Aufschieben auf den Walzenzapfen 10 ist zwischen der Stirnseite des Walzenballens 1 1 und der Zapfenbuchse 20 ein Distanzring 28 mit einem Anschlag 25 angeordnet. Alternativ kann der Walzenballen 1 1 stirnseitig mit einem Ansatz (nicht dargestellt) als Anschlag 25 versehen sein, der einstückig mit dem Walzenballen ausgebildet ist. Die Zapfenbuchse 20 wird nach dem Aufschieben auf den Walzenzapfen 10 mit einem Druckschulterring 17 über ein Axiallager, das optional zur Lagerung des Walzenzapfens 10 angeordnet ist, und einer Mutter 18 in axialer Richtung x gegen den Distanzring 28 gespannt und gegen axiales Verschieben gesichert, wobei der Walzenzapfen an seinem Ende zur Aufnahme des Druckschulterrings 17 mit einem Nabenansatz 26 und im Anschluß daran mit einem Gewindezapfen To limit the Aufschiebeposition the pin bushing 20 when pushed onto the roll neck 10, a spacer ring 28 is arranged with a stop 25 between the end face of the roll bale 1 1 and the pin bushing 20. Alternatively, the roll bale 1 1 frontally with a lug (not shown) may be provided as a stop 25 which is formed integrally with the roll barrel. The pin bushing 20 is stretched after being pushed onto the roll neck 10 with a pressure shoulder ring 17 via a thrust bearing, which is optionally arranged to support the roll neck 10, and a nut 18 in the axial direction x against the spacer ring 28 and secured against axial displacement, the Roll neck at its end for receiving the pressure shoulder ring 17 with a hub shoulder 26 and then with a threaded pin
Seite 7
27 zur Aufnahme der Mutter 18 versehen ist. In den Figuren 1 und 2 ist lediglich schematisch der Axiallager- Innenring 16 zwischen dem Druckschulterring 17 und der Mutter 18 dargestellt. Die Mutter 18 kann zusätzlich mit einer Verdrehsicherung 19, zum Beispiel einer Kontermutter, gegen Lösen gesichert sein. Page 7 27 is provided for receiving the nut 18. In Figures 1 and 2, only the axial bearing inner ring 16 between the pressure shoulder ring 17 and the nut 18 is shown schematically. The nut 18 may additionally be secured against loosening with an anti-twist device 19, for example a lock nut.
Die Tiefe t der Profilierung 40 bzw. die Größe des daraus resultierenden Hohlraums 12 zwischen der Zapfenbuchse 20 und dem Walzenzapfen 10 ist in Abhängigkeit der maximal auftretenden Lagerkraft F und des Elastizitätsmoduls der Zapfenbuchse 20 derart angepasst, so dass das Volumen des Hohlraums 12 um so größer ausgebildet ist, je größer die maximale Lagerkraft F im belasteten Zustand ist, wobei die Verformung der Zapfenbuchse 20 ausschließlich im elastischen Bereich bleibt. Die tatsächlichen Profiltiefen t bewegen sich im Mikrometer (pm)-Bereich, bevorzugt bis zu Ι ΟΟΟμηη. The depth t of the profiling 40 or the size of the resulting cavity 12 between the pin bushing 20 and the roll neck 10 is adjusted in dependence on the maximum occurring bearing force F and the modulus of elasticity of the pin bushing 20 so that the volume of the cavity 12 is greater is formed, the greater the maximum bearing force F in the loaded state, the deformation of the pin bushing 20 remains exclusively in the elastic range. The actual tread depths t are in the micrometer (pm) range, preferably up to Ι ΟΟΟμηη.
Die Wandstärke d der zylinderförmigen Zapfenbuchse beträgt zwischen 10 mm bis 75 mm ohne Berücksichtigung einer weiter unten beschriebenen optionalen rotationssymmetrischen konkaven Ausprägung. Zudem kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Einbaustück 50 mit einer Lagerbuchse 51 zur Aufnahme der Zapfenbuchse 20 mit dem Walzenzapfen 10 vorgesehen ist, wobei zwischen der Lagerbuchse 51 des Einbaustücks 50 und der äußeren Mantelfläche 22 der Zapfenbuchse 20 ein tragender Ölfilm 30 vorgesehen ist. Diese Anordnung wird auch als Ölfilmlagerung bezeichnet. In einer bevorzugten Ausführung ist die innere Mantelfläche der Lagerbuchse 51 mit einer Lagermetallauskleidung, beispielsweise mit Weißmetall, beschichtet. The wall thickness d of the cylindrical pin bushing is between 10 mm to 75 mm without consideration of an optional rotationally symmetric concave characteristic described below. In addition, it can be provided that at least one chock 50 is provided with a bearing bushing 51 for receiving the pin bushing 20 with the roll neck 10, wherein between the bearing bush 51 of the chock 50 and the outer circumferential surface 22 of the pin bushing 20, a supporting oil film 30 is provided. This arrangement is also referred to as oil film storage. In a preferred embodiment, the inner circumferential surface of the bearing bush 51 is coated with a bearing metal lining, for example with white metal.
In einer anderen Ausführung gemäß der Darstellung in Figur 2 ist vorgesehen, dass der Walzenzapfen 10 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die innere Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 ist komplementär zu der Ideallinie (ohne Profilierung) des kegelstumpfförmigen Walzenzapfens 10 ausgebildet. Dabei ist, In another embodiment according to the representation in Figure 2, it is provided that the roll neck 10 is formed frusto-conical. The inner circumferential surface 21 of the pin bushing 20 is formed complementary to the ideal line (without profiling) of the frusto-conical roll neck 10. It is
Seite 8
wie oben beschheben, eine Profilierung 40 an der inneren Mantelfläche der Zapfenbuchse 21 und/oder an der äußeren Mantelfläche des Walzenzapfens 13 vorgesehen. Bei dieser Variante wird die Zapfenbuchse 20 auf den Walzenzapfen 10 aufgeschoben bis das radiale Spiel zwischen Zapfenbuchse 20 und Walzenzapfen 10 eliminiert ist. Anschließend wird die Zapfenbuchse 20, wie zuvor zur Figur 1 beschrieben, vorgespannt und gegen Verschieben gesichert. Um einen stabilen Lagersitz für die Zapfenbuchse 20 auf dem Walzenzapfen 10 ohne Radialspiel zu gewährleisten, weisen die Zapfenbuchse 20 und der Walzenzapfen 10 - in axialer Richtung benachbart auf beiden Seiten zu dem Hohlraum - aneinandergrenzende Auflageflächen 14 auf. Die Wandstärke d der konischen Zapfenbuchse 20 beträgt an ihrem dünnen Ende zwischen 10 mm und 75 mm. page 8 As noted above, a profiling 40 on the inner circumferential surface of the pin bushing 21 and / or on the outer circumferential surface of the roll neck 13 is provided. In this variant, the pin bushing 20 is pushed onto the roll neck 10 until the radial clearance between the pin bushing 20 and roll neck 10 is eliminated. Subsequently, the pin bushing 20, as described above for Figure 1, biased and secured against displacement. In order to ensure a stable bearing seat for the pin bushing 20 on the roll neck 10 without radial clearance, the pin bushing 20 and the roll neck 10 - adjacent in the axial direction on both sides of the cavity - adjacent bearing surfaces 14. The wall thickness d of the conical bushing 20 is at its thin end between 10 mm and 75 mm.
Zwischen der Zapfenbuchse 20 und dem Walzenzapfen 10 ist zusätzlich ein Schmierfilm 31 angeordnet, um eine Mikro-Kaltverschweißung durch Mikro- Reibung zu vermeiden. Die Profilierungen 40 an dem Walzenzapfen 10 oder an der Zapfenbuchse 20 sind bei dieser konischen Ausführungsform so wie zuvor zu der Figur 1 beschrieben, ausgeführt. In addition, a lubricating film 31 is disposed between the pin bushing 20 and the roll neck 10 to avoid micro-cold welding by micro-friction. The profiles 40 on the roll neck 10 or on the pin bushing 20 are in this conical embodiment as previously described with reference to FIG 1, executed.
Die Figuren 3a und 3b beschreiben prinzipiell die Walzenanordnung 100 mit der Walze und zumindest eine Zapfenbuchse 20 zum spielfreien und drehfesten Aufnehmen eines der Walzenzapfen 10. Dabei kann die Mantelfläche 13 des Walzenzapfens 10 und die innere Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wobei die jeweiligen Mantelflächen 13, 21 komplementär zueinander ausgebildet sind und ohne Radialspiel aneinandergrenzen. 3a and 3b describe in principle the roller assembly 100 with the roller and at least one journal bushing 20 for play-free and rotationally fixed receiving one of the roll neck 10. Here, the lateral surface 13 of the roll neck 10 and the inner circumferential surface 21 of the pin bushing 20 may be cylindrical or frusto-conical shaped wherein the respective lateral surfaces 13, 21 are complementary to each other and adjoin each other without radial play.
Seite 9
Die Profilierungen 40 der inneren Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 und/oder der Mantelfläche 13 des Walzenzapfens 10 gemäß den Darstellungen in der Figur 3c beschreiben beispielhaft verschiedene Möglichkeiten mathematischer Funktionen R(x) n- ten Grades, die je nach Lastfall auch in Kombination mit anderen Profilierungen Verwendung finden können. Um einen gleichmäßigen kantenfreien Übergang bei miteinander kombinierten Profilabschnitten zu gewährleisten, ist die Profilierung 40 im Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Profilabschnitten stetig und differenzierbar ausgebildet. Es sei erwähnt, dass die in der Figur 3c dargestellten Kurvenverläufe nicht die tatsächlich in der Praxis umsetzbaren Profilierungen beschreiben. Die dargestellte Vielzahl an Kurven- bzw. Profilabschnitten dient lediglich der schematischen Darstellung unterschiedlicher möglicher Profilierungsvarianten. Page 9 The profiles 40 of the inner lateral surface 21 of the journal bushing 20 and / or the lateral surface 13 of the roll neck 10 according to the representations in FIG. 3c describe by way of example different possibilities of mathematical functions R (x) of the nth degree, which, depending on the load case, also in combination with others Profiles can be used. In order to ensure a uniform edge-free transition in profile sections combined with one another, the profiling 40 in the transition region between two adjacent profile sections is formed continuously and differentially. It should be mentioned that the curves shown in FIG. 3 c do not describe the profilings that can actually be implemented in practice. The illustrated plurality of curve or profile sections is merely a schematic representation of different possible Profilierungsvarianten.
Funktionsweise functionality
Die Funktionsweise der Erfindung wird nachfolgend auch unter Bezugnahme auf Figur 4 näher beschrieben. Durch den aus der Profilierung 40 resultierenden erfindungsgemäßen rotationssymmetrischen Hohlraum 12 zwischen der Zapfenbuchse 20 und dem Walzenzapfen 10 entsteht zwischen der Zapfenbuchse 20 und dem Walzenzapfen ein vergrößerter Freiraum, in welchen sich die Zapfenbuchse 20 am Ort der Krafteinwirkung ausdehnen kann. The operation of the invention will be described below with reference to Figure 4 in more detail. Due to the resulting from the profiling 40 rotationally symmetrical cavity 12 between the pin bushing 20 and the roll neck 10 is formed between the pin bushing 20 and the roll neck an enlarged space in which the pin bushing 20 can expand at the location of the force.
Konkret wird im Walzbetrieb in einem Walzgerüst die zumindest im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtete Walzkraft Fw auf die obere (Stütz-) Walze ausgeübt, während gleichzeitig eine zumindest im Wesentlichen vertikal nach unten gerichtete Walzkraft Fw auf die untere (Stütz-) Walze ausgeübt wird. Diese Walzkräfte übertragen sich von den Walzenballen je zur Hälfte auf die Specifically, in the rolling operation in a rolling stand, the at least substantially vertical upward rolling force F w is exerted on the upper (supporting) roll, while at the same time exerting an at least substantially vertically downward rolling force F w on the lower (supporting) roll becomes. These rolling forces are transmitted from the roll bales half on the
Seite 10
Walzenzapfen, wodurch die Walzenzapfen im oberen Einbaustück nach oben und im unteren Einbaustück nach unten gedrückt werden. Page 10 Rolling pin, which presses down the roll pins in the upper chock and down in the lower chock.
Die Walzkräfte übertragen sich gemäß einer Wirkungskette vom Walzenzapfen weiter über die Zapfenbuchse, den tragenden Ölfilm zwischen Zapfenbuchse und Lagerbuchse und die Lagerbuchse auf das Einbaustück. Von dem Einbaustück werden die Walzkräfte weiter in das Walzgerüst abgeleitet, in welchem das Einbaustück gelagert ist. Das Einbaustück und auch die in dem Einbaustück gelagerte Lagerbuchse sollen idealisiert als unnachgiebig und inkompressibel gegenüber den Walzkräften angesehen werden. Das heißt, das Einbaustück und die Lagerbuchse fangen die auf sie wirkenden jeweils halben Walzkräfte Fw/2 (Aktio) vollständig auf, indem sie jeweils betraglich gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Lagerkräfte FL (Reaktio) entgegenhalten. The rolling forces are transmitted according to an action chain from the roll neck on the journal, the bearing oil film between the journal and bearing bush and the bearing bush on the chock. From the chock, the rolling forces are further derived in the rolling mill, in which the chock is stored. The chock and also mounted in the chock bearing bush should ideally be regarded as relentless and incompressible to the rolling forces. That is, the chock and the bushing catch the acting on them each half rolling forces F w / 2 (Aktio) completely by holding each the same amount, but oppositely directed bearing forces F L (Reactio).
Bereits eine Beaufschlagung eines Walzenzapfens während des Walzbetriebs mit einer geringen Walzkraft Fw bewirkt, dass der Walzenzapfen 10 mit der Zapfenbuchse 20 in Richtung der Walzkraft Fw gegen den tragenden Ölfilm 30 und dieser gegen die Lagerbuchse 51 und das Einbaustück drückt; siehe Figur 2. Dabei stößt die Zapfenbuchse 20 jedoch auf den inkompressiblen tragenden Ölfilm 30, welcher seinerseits von der unnachgiebigen Lagerbuchse 51 und dem unnachgiebigen Einbaustück 50 an einem Ausweichen in Richtung der Walzkraft gehindert wird. Im Ergebnis ist die Zapfenbuchse deshalb von der entgegen stehenden Lagerkraft FL an einem Ausweichen in Richtung der Walzkraft gehindert. Already a loading of a roll neck during the rolling operation with a low rolling force F w causes the roll neck 10 presses with the pin bushing 20 in the direction of the rolling force F w against the supporting oil film 30 and this against the bearing bush 51 and the chock; see Figure 2. However, the pin bushing 20 encounters the incompressible supporting oil film 30 which, in turn, is prevented from deflecting in the direction of rolling force by the unyielding bushing 51 and the unyielding chock 50. As a result, the pin bushing is prevented from deflecting in the direction of the rolling force by the opposing bearing force F L.
Die Zapfenbuchse 20 selber ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Hohlraum 12 zum Walzenzapfen 10 hin das schwächste Glied in der oben aufgezeigten Wirkungskette der (Walz-)Kraft. The pin bushing 20 itself, in conjunction with the cavity 12 according to the invention, towards the roll neck 10, is the weakest link in the above-described chain of effects of the (rolling) force.
Seite 1 1
Weil die Zapfenbuchse 20 der Walzkraft nicht ausweichen kann, kommt es im Belastungsfalle während des Walzbetriebs zu einer elastischen Verformung der Zapfenbuchse 20. Die Zapfenbuchse 20 wird durch die Walzkraft Fw/2 bzw. die entgegen gerichtete Lagerkraft FL in den - ursprünglichen - Hohlraum 12 hinein verformt und wird dabei abgeflacht. Die Abflachung erfolgt maximal soweit, bis die Zapfenbuchse 20 auf den Walzenzapfen 10 drückt und von diesem abgestützt wird. Die Zapfenbuchse 20 passt sich lokal elastisch der Profilierung 40 des Walzenzapfens an und verformt sich nach Entlastung wieder in den ursprünglichen Zustand. Durch die Abflachung wird die druckwirksame Fläche zwischen der Zapfenbuchse 20 und der Lagerbuchse 51 vergrößert. Zwischen der Zapfenbuchse 20 und der Lagerbuchse 51 ist der tragende Ölfilm 30 angeordnet, welcher eine so genannte hydrodynamische Ölfilmlagerung bildet. Die erfindungsgemäße Walzenanordnung führt aufgrund der Vergrößerung der druckwirksamen Fläche zu einer Steigerung der Tragfähigkeit der hydrodynamischen Ölfilmlagerung zwischen der Zapfenbuchse und der Lagerbuchse. Page 1 1 Because the journal bushing 20 can not escape the rolling force, in the event of loading during elastic rolling operation, the journal bushing 20 elastically deforms. The journal bushing 20 is replaced by the rolling force F w / 2 or the opposing bearing force F L into the original cavity 12 deformed into it and is flattened. The flattening takes place at the maximum extent until the pin bushing 20 presses on the roll neck 10 and is supported by this. The pin bushing 20 adapts locally elastically to the profiling 40 of the roll neck and deforms after discharge back into the original state. By flattening the pressure-effective area between the pin bushing 20 and the bearing bush 51 is increased. Between the pin bushing 20 and the bearing bush 51, the supporting oil film 30 is arranged, which forms a so-called hydrodynamic oil film storage. Due to the enlargement of the pressure-effective surface, the roller arrangement according to the invention leads to an increase in the load bearing capacity of the hydrodynamic oil film bearing between the journal bush and the bearing bush.
In der Realität wirkt die Walzkraft bzw. die Lagerkraft nicht punkt- oder linienförmig, sondern in Form eines Kraftgebirges. Das Kraftgebirge hat eine flächige Ausdehnung in Umfangsrichtung und in axialer Richtung. Durch die Abflachung der Zapfenbuchse und die damit verbundene Vergrößerung der druckwirksamen Fläche wird eine deutliche Tragkraftsteigerung der Walzenanordnung für das flächig ausgedehnte Kraftgebirge erreicht. Die erfindungsgemäße Walzenanordnung trägt auch deutlich mehr gegenüber einer Walzenanordnung, bei der die Zapfenbuchse bereits im unbelasteten Zustand kraftschlüssig mit Vorspannung, zum Beispiel durch Schrumpfen, mit dem Walzenzapfen verbunden ist. Die für das elastische Abflachen der Zapfenbuchse notwendige Kraftbeaufschlagung ist aufgrund des erfindungsgemäßen Hohlraumes geringer als bei Konstruktionen mit Vorspannung zwischen In reality, the rolling force or the bearing force is not punctiform or linear, but in the form of a force mountain. The power mountains have a surface extent in the circumferential direction and in the axial direction. Due to the flattening of the pin bushing and the associated enlargement of the pressure-effective surface a significant increase in load capacity of the roller assembly is achieved for the area extended power mountains. The roller assembly according to the invention also carries significantly more compared to a roller assembly in which the pin bushing is already connected in the unloaded state non-positively with bias, for example by shrinking, with the roll neck. The force required for the elastic flattening of the pin bushing force is lower due to the cavity according to the invention as in constructions with bias between
Seite 12
Lagerbuchse und Zapfen. Bei vorgespannten Konstruktionen sind größere Kräfte erforderlich, um die gleiche Verformung der Zapfenbuchse zu realisieren. page 12 Bearing bush and pin. For prestressed structures, greater forces are required to achieve the same deformation of the pin bushing.
Anders ausgedrückt: In other words:
Wegen der relativ dünnen Wandstärke der Zapfenbuchse 20 wird sich die Verformung unter Belastung an der inneren Mantelfläche 21 der Zapfenbuchse 20 ohne Veränderung, das heißt gleichsinnig an der äußeren Mantelfläche 22 der Zapfenbuchse 20 abbilden, und führt damit zu einer Vergrößerung / Verbreiterung der der Krafteinwirkung entgegengesetzten Druckfläche zwischen der Zapfenbuchse 20 und der Lagerbuchse 51 . Dies wiederum führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Schmierfilmdrucks, so dass eine größere Kraft aufgenommen wird, und breiter verteilt werden kann, ohne dass der Spitzendruck in dem tragenden Ölfilm 30 die Grenzwerte des Werkstoffs der Lagerbuchse bzw. einer Lagermetallauskleidung an der Lagerbuchse überschreitet. Folglich führt die erfindungsgemäße Anordnung zu einer Steigerung der Tragfähigkeit der hydrodynamischen Schmierfilm- bzw. Ölfilmlagerung zwischen der Zapfenbuchse 20 und der Lagerbuchse 51 . Because of the relatively thin wall thickness of the pin bushing 20, the deformation under load on the inner circumferential surface 21 of the pin bushing 20 without change, that is in the same direction on the outer lateral surface 22 of the pin bushing 20, and thus leads to an enlargement / broadening of the force acting opposite Pressure surface between the pin bushing 20 and the bearing bush 51st This, in turn, results in a more uniform distribution of the lubricating film pressure so that a larger force is absorbed and can be more widely distributed without the peak pressure in the supporting oil film 30 exceeding the limits of the bearing bush material or bearing metal liner on the bushing. Consequently, the arrangement according to the invention leads to an increase in the carrying capacity of the hydrodynamic lubricating film or oil film bearing between the journal bush 20 and the bearing bush 51.
Seite 13
Bezugszeichenliste Page 13 LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Walzenanordnung 100 roller arrangement
10 Walzenzapfen 10 roll necks
1 1 Walzenballen 1 1 roll bale
12 Hohlraum 12 cavity
13 Mantelfläche des Walzenzapfens 13 lateral surface of the roll neck
14 ebene Auflagefläche 14 level bearing surface
15 Mittelachse 15 central axis
16 Axiallager- Innenring 16 thrust bearing inner ring
17 Druckschulterring 17 pressure shoulder ring
18 Mutter 18 mother
19 Kontermutter 19 lock nut
20 Zapfenbuchse 20 pin bushing
21 innere Mantelfläche der Zapfenbuchse 21 inner lateral surface of the pin bushing
22 äußere Mantelfläche der Zapfenbuchse22 outer surface of the pin bushing
23 Mitnehmerelement 23 driver element
25 Anschlag 25 stop
26 Nabenansatz 26 Hub approach
27 Gewindezapfen 27 threaded pin
28 Distanzring 28 spacer ring
30 tragender Ölfilm 30 carrying oil film
31 Schmierfilm 31 lubricating film
40 Profilierung 40 profiling
44 Druckverteilung - Stand der Technik 44 Pressure distribution - state of the art
46 optimierte Druckverteilung 46 optimized pressure distribution
50 Einbaustück 50 chock
51 Lagerbuchse 51 bearing bush
Seite 14
R(x) Profilierung als mathematische Funktion x Koordinate in Achsrichtung Page 14 R (x) profiling as a mathematical function x coordinate in the axial direction
Fw Walzkraft F w rolling force
FL Lagerkraft F L bearing force
t Profiltiefe t tread depth
d Wandstärke der Zapfenbuchse d Wall thickness of the pin bushing
Seite 15
Page 15