JP4928305B2 - 圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法および圧延スタンド - Google Patents

Description

本発明は、圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法であって、
−圧延スタンドが、少なくとも１つのローラを有しており、該ローラのローラジャーナルが、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されており、
−該偏心ブシュが、回転可能に圧延スタンドのハウジング内に支承されており、
−偏心ブシュの支承手段が、低摩擦の軸受けであり、
−調節機構が設けられており、該調節機構によって、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュを回転させ、所望の位置に保持して、
圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法に関する。

さらに、本発明は、圧延スタンドに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書に基づき、本発明の可能な使用分野、つまり、棒状のまたは管状の材料を圧延するための圧延スタンドにおいて、当該明細書に記載された、１つの孔型を形成するために圧延材料長手方向軸線を中心として星形に配置された３つのローラの少なくとも１つをその端側の両ローラジャーナルでそれぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承することが公知である。このような形式の偏心ブシュは、内側の円形の切欠きと、円形の外周面とを有している。切欠き内には、ローラジャーナルのラジアル軸受け、有利には、ラジアル転がり軸受けが位置している。外周面には、圧延スタンドのハウジング内での偏心ブシュの支承手段が設けられている。偏心ブシュの偏心率は、偏心ブシュの、内方に向けられた表面によって形成された内側の円と、ブシュの、外方に向けられた外表面によって形成された円とが同軸的に形成されていないことから得られる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書に詳しく説明されているように、このような形式の構造は、このような形式の圧延スタンドのローラを調節するために、すなわち、たとえば圧延材料に接近させるために使用することができる。

さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書には、偏心ブシュをハウジングに対して相対的に所望の回転位置に運動させるための調節機構が記載されている。回転可能な調整スピンドルに配置された調節ピンを介して、調整リングを備えた調節軸の回転運動が、調整リングだけでなく偏心ブシュにもジョイント式に結合された伝達レバーを介して偏心ブシュに伝達される。択一的には、軸方向で定置に支承されたねじ山付きスピンドルが設けられている。このねじ山付きスピンドルでは、ねじ山付きブシュが軸方向に運動させられる。１つのジョイントを介して、ねじ山付きブシュが調整リングに結合されている。この調整リング自体は偏心ブシュのブシュ状の付設部を取り囲んでいて、嵌合キーによって偏心ブシュに相対回動不能に結合されている。調節機構によって、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュを回転させることが可能となる。ねじ山付きスピンドルの位置固定によって、このねじ山付きスピンドルが回転させられることが阻止され、これによって、この位置固定を介して、偏心ブシュが、調整された所望の位置に保持される。

したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書に基づき、圧延スタンドがローラ調節の可能性を提供すると有利であることが一般的に公知である。このことは、ローラの仕上げ直径を適切に変更するかもしくは圧延材料の熱収縮またはローラの摩耗による影響を補償するために、ローラが圧延材料に対して半径方向で接近させられ得ることを意味している。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書では、偏心ブシュが滑り軸受けをハウジング内に有している、すなわち、偏心スリーブの外表面が、偏心ブシュの調節時にハウジングの表面で滑動することが提案されている。これによって、まさに圧延材料がスタンド内に位置していない場合にしか調節が可能とならない。さもないと、偏心ブシュが圧延力の影響下にあり、これによって、スタンドハウジングと偏心スリーブとの間に、接線方向に作用する高められた滑り摩擦力が生ぜしめられる。

棒状のまたは管状の材料に用いられる圧延スタンドのローラの調節の別の形式は、米国特許第６０４１６３５号明細書に記載されている。当該明細書では、ローラがあぶみ状のＵ字形部材に保持されている。このＵ字形部材はフレームの内部で、ローラ軸線に対して垂直に延びる長手方向軸線に沿って運動させられ得る。この運動のためには、ハイドロリック的なシリンダが設けられている。このシリンダのピストン端部はＵ字形部材と協働することができ、このＵ字形部材と共にローラをピストンの運動によって調節することができる。ここでは、圧延力が、ハイドロリックシリンダに作用するハイドロリック的な圧力の測定を介して検出されることが可能である。

しかし、ハイドロリック的なシリンダによるローラの調節は多数の欠点を随伴している。

ハイドロリックシリンダが、交換可能な圧延スタンドの一部である、すなわち、つまり、スタンド交換時（たとえば別の製品寸法に対する組換えのため）に圧延機に残されない事例では、解離可能なハイドロリック的なカップリングが、圧延スタンドに配置された各シリンダに通じる供給部に設けられなければならない。このことは、莫大な技術的な手間に結び付けられていて、このような圧延機の妨害なしの運転を困難にする恐れがある。

これに対して、ハイドロリックシリンダが圧延機に固く組み込まれていて、したがって、スタンド交換時に圧延機に残される事例では、必然的に多数の別の深刻な欠点が生ぜしめられる。
−圧延力がスタンド自体で吸収されず、ハイドロリックシリンダの受けひいては圧延機の鋼構造自体に伝達される。これによって、この鋼構造が極めて中実にひいては高価に形成されなければならない。
−スタンドを圧延機から取り外すことができるようにするために、同じく増加させられた構造上のかつ装置的な手間が必要となる。なぜならば、ハイドロリックシリンダが圧延軸線を中心として星形に配置されていて、これによって、圧延軸線に対して横方向へのスタンドの引出しを不可能にするからである。
−スタンドが圧延機内に位置していない場合には、３つのローラによって互いに形成された、いわゆる「圧延孔型」のコントローラが不可能となる。なぜならば、精度規定する構成エレメント、つまり、ハイドロリックシリンダが圧延機内に位置していないからである。しかし、他方で、スタンドが圧延機内に位置している場合には、孔型のコントローラが、いまや欠落した接近可能性のため同じく不可能となる。

ハイドロリック的なシリンダによる圧延力に対するローラの調節は極めて高価である。

ハイドロリック装置の故障時には、もはや圧延が不可能となり、システム内在的なフェールセーフ機能は存在していない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書 米国特許第６０４１６３５号明細書

本発明の課題は、圧延力に対するローラの調節と、作用する圧延力の測定とを可能にし、前述した欠点の少なくとも１つを有していない圧延スタンドを提案することである。

この課題を解決するために本発明の方法では、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
−偏心ブシュが、所望の位置に保持される場合に、調節機構に作用する調節力を測定し、
−測定された調節力から圧延力を検出する
を備えているようにした。

さらに、この課題を解決するために本発明の圧延スタンドでは、当該圧延スタンドが、
−少なくとも１つのローラを有しており、該ローラのローラジャーナルが、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されており、
−該偏心ブシュが、回転可能に当該圧延スタンドのハウジング内に支承されており、
−偏心ブシュの支承手段が、低摩擦の軸受けであり、
−調節機構が設けられており、該調節機構によって、調節力が、偏心ブシュに加えられるようになっており、前記調節力だけ、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュが回転させられるようになっていて、所望の位置に保持されるようになっており、
−調節力を測定するための測定装置が設けられているようにした。

有利な実施態様および構成は従属請求項に記載してある。

本発明は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書に開示された支承手段と異なり、いまや、低摩擦の軸受けが使用されることによって、偏心ブシュの支承手段を改善し、これによって、偏心ブシュに加えられる、圧延力に起因した戻しモーメントが、もはや偏心ブシュの支承手段の、戻し運動に抗して作用する摩擦モーメントによって妨害されないという基本思想から出発している。このことは、偏心ブシュの偏心率に関連して圧延力から形成された戻しモーメントが、以前のように、大部分で摩擦を介してハウジングに伝達されるのではなく、偏心ブシュを所望の位置に保持する調節機構によって理想的に完全に吸収されることを意味している。さらに、このことは、調節機構の構成部材に作用する力、モーメントおよび応力が、偏心ブシュの付与された位置で、作用する圧延力に全て比例することも意味している。これによって、この作用する圧延力を、片側で調節機構に作用する力（もしくはモーメントまたは応力）の測定によって検出することが可能になる。さらに、作用する圧延力を、調節機構自体に作用する調節力から検出するのではなく、調節機構が、静止したハウジングに加える支持力から検出することも可能となる。なぜならば、この支持力が、調節機構に作用する力ひいては作用する圧延力にも比例するからである。

当該方法は圧延スタンドで使用される。この圧延スタンドは少なくとも１つのローラを有している。このローラのローラジャーナルまたはローラシャフトは、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されている。さらに、この偏心ブシュは、回転可能に圧延スタンドのハウジング内に支承されている。この場合、偏心ブシュの支承手段は低摩擦の軸受けとして形成されている。さらに、使用される圧延スタンドは調節機構を有している。この調節機構によって、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュを回転させることができ、所望の位置に保持することができる。

本発明によれば、低摩擦の軸受けとは、調節運動に抗して作用する摩擦モーメントが、偏心ブシュを所望の位置に保持するための調節力に比べて無視できる程度に小さいような軸受けと解される。特に低摩擦の軸受けとは、摩擦係数がμ＜０．２、特にμ＜０．１、特に有利にはμ＜０．０５であるような軸受けと解される。このような形式の低摩擦の軸受けとして、たとえば針状ころ軸受けが使用可能であるかまたは偏心ブシュの外表面と、ハウジングの、偏心ブシュの外表面に向かい合った内表面との間に、摩擦を減少させる流体が設けられている、いわゆる「ハイドロ軸受け」が使用可能である。択一的には、滑り軸受けとして形成された軸受けの、互いに向かい合った面の一方または両方が、摩擦を減少させるコーティング層を有していてよい。

本発明による方法は、いま、偏心ブシュが所望の位置に保持される場合に調節力を測定し、ここから、圧延力を検出することを提案している。

圧延力を、測定された調節力から検出するために、本発明による方法の有利な実施態様によれば、偏心ブシュの角度位置が測定される。この角度位置が知られている場合には、偏心ブシュの、構造的に生ぜしめられる不変の偏心率によって、作用する圧延力の有効なてこ腕ひいては圧延力と、調節機構における測定された力もしくは測定されたモーメントとの間の直接的な関係が即座に生ぜしめられる。

本発明による方法は、特に有利には、棒状のまたは管状の材料を圧延するための圧延スタンドで使用される。この圧延スタンドでは、少なくとも３つのローラが、圧延材料長手方向軸線を中心とした孔型を形成するために星形の配置形式で配置されている。

圧延力の、本発明による方法によって可能になる検出は、特に有利には、１回の圧延プロセスを制御するかまたは調整するために使用することができる。したがって、たとえば走出する横断面を棒長さにわたって適切に変更するために、圧延力に関する情報を調整量として使用することができる。択一的には、スタンドの、自体公知の弾性的な伸長を測定しかつ補償することによって、圧延力の測定が可能となる。

さらに、圧延力の連続的な測定の可能性は、スタンドの、計算された前調整の精度を高めるという目的で、材料変形加工の数学的なモデルのさらなる改善の可能性を提供する。

また、測定された圧延力は、データバンクに格納された材料データ、たとえば変形加工強度の補正および精密化のために使用することもできる。この材料データは、しばしば、調整法に対するベースであり、材料データに基づく調整の精度に影響を与える。

本発明による圧延スタンドは少なくとも１つのローラを有している。このローラのローラジャーナルまたはローラシャフトは、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されている。さらに、この偏心ブシュは、回転可能に圧延スタンドのハウジング内に支承されている。この場合、偏心ブシュの支承手段は低摩擦の軸受けとして形成されている。さらに、使用される圧延スタンドは調節機構を有している。この調節機構によって、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュを回転させることができ、所望の位置に保持することができる。

本発明による方法のために使用することができると共に本発明による圧延スタンドに設けることができる調節機構はその構造上の設計において多種多様であってよい。特に有利には、少なくとも１つの偏心ブシュが歯付きリムを有している。この歯付きリムは調節機構の歯車と協働し、これにより、この歯車の回転によって、偏心ブシュの回転が生ぜしめられ得る。この場合、調節力は、特に歯車に作用するトルクの測定を介して検出することができる。また、調節機構として、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５９１４３号明細書に基づき公知の調節機構が設けられていてもよい。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

圧延スタンド（図示せず）は１つのローラを有している。このローラのうち、表面セグメント１１しか図示していない。ローラのローラジャーナル１はラジアル軸受け４を介して偏心ブシュ２内に支承されている。この偏心ブシュ２は針状ころ軸受け５を介して圧延スタンドのハウジング３内に支承されている。

偏心ブシュ２は歯付きリムセグメント６を有している。この歯付きリムセグメント６は調節機構のピニオン７に噛み合っている。調節機構は測定装置（図示せず）を有している。この測定装置によって、偏心ブシュ２を図示の位置に保持するために必要になる調節力２２を測定することができる。

前記ローラと、このローラに向かい合って配置された、同じく表面セグメント１２しか図示していないローラとの間には、圧延ギャップ９が形成されている。この圧延ギャップ９を通して運動させられる圧延材料（図示せず）は、圧延スタンドを圧延軸線８に沿って通走する。圧延材料は、矢印１０によって示した力をローラに加える。

圧延ギャップ９を調整するためには、ピニオン７が回転させられる。この回転は歯付きリムセグメント６を介して偏心ブシュ２に伝達され、針状ころ軸受け５の中心点１３を中心とした偏心ブシュ２の旋回を生ぜしめる。ラジアル軸受け４と、ローラの、このラジアル軸受け４内に支承されたローラジャーナル１とを偏心ブシュ２内に偏心的に配置することから生ぜしめられる偏心率２７に基づき、偏心ブシュ２の旋回が圧延ギャップ９の増加または減少を生ぜしめる。この圧延ギャップ９が所望の量に調整されていると、ピニオン７が位置固定される。

図２から明らかであるように、接線方向に作用する調節力２２は、歯付きリムセグメント６を図示の位置に保持するために必要となる。調節力２２は、圧延力１０によって生ぜしめられる戻しモーメントに抗して作用する調節モーメントを生ぜしめる。偏心ブシュ２の回転中心点１３（針状ころ軸受け５の中心点）に対するローラジャーナル中心点の偏心率２７に基づき、簡略にするためにローラジャーナル中心点に作用する力として図示した圧延力１０が、偏心ブシュ２の回転中心点１３を中心として作用する戻しモーメントを形成する。低摩擦の支承手段に基づき、主として、別のモーメントおよび力を考慮する必要がないので、圧延力１０は、以下の関係式：すなわち、
ａ＝調節力２２（Ｆ_Ａｎｓｔ）の有効なてこ腕２５と、
ｅ＝偏心ブシュ２の偏心率２７（偏心ブシュ２の回転中心点１３に対するローラジャーナル中心点の間隔２６）と、
ＡＬＰＨＡ＝偏心ブシュ２の位置角２８（ローラジャーナル中心点と回転中心点１３とを通って延びる直線と、回転中心点１３を通って延びる、圧延軸線８に対する平行線との角度）と、
Ｆ_Ｗａｌｚ＝圧延力２９＝圧延力１０と
を備えた
Ｆ_Ｗａｌｚ＝Ｆ_Ａｎｓｔ・ａ／（ｅ・ｃｏｓＡＬＰＨＡ）
から得られる。

本発明による圧延スタンドのローラジャーナルの支承手段と、調節機構との概略的な側面図である。 圧延力を計算するために必要となる量を知ることができる、図１から出発した原理図である。

符号の説明

１ ローラジャーナル、 ２ 偏心ブシュ、 ３ ハウジング、 ４ ラジアル軸受け、 ５ 針状ころ軸受け、 ６ 歯付きリムセグメント、 ７ ピニオン、 ８ 圧延軸線、 ９ 圧延ギャップ、 １０ 圧延力、 １１ 表面セグメント、 １２ 表面セグメント、 １３ 回転中心点、 ２２ 調節力、 ２５ てこ腕、 ２６ 間隔、 ２７ 偏心率、 ２８ 位置角、 ２９ 圧延力

Claims (10)

1. 圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法であって、
   −圧延スタンドが、少なくとも１つのローラを有しており、該ローラのローラジャーナルが、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されており、
   −該偏心ブシュが、回転可能に圧延スタンドのハウジング内に支承されており、
   −偏心ブシュの支承手段が、低摩擦の軸受けであり、
   −調節機構が設けられており、該調節機構によって、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュを回転させ、所望の位置に保持して、
   圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法において、
   当該方法が、以下のステップ：すなわち、
   −偏心ブシュが、所望の位置に保持される場合に、調節機構に作用する調節力を測定し、
   −測定された調節力から圧延力を検出する
   を備えていることを特徴とする、圧延スタンドにおける圧延力を検出するための方法。
2. 調節機構に作用する測定された調節力と、偏心ブシュが、出発位置または基準位置からハウジングに対して相対的に旋回させられている量に相当する旋回角とから圧延力を検出する、請求項１記載の方法。
3. 調節機構に作用する調節力を、運動させられる構成部材で直接的に測定せず、むしろ、調節機構から、静止したハウジングに加えられる支持力の測定によって間接的に測定する、請求項１または２記載の方法。
4. １回の圧延プロセスを制御するかまたは調整するための請求項１から３までのいずれか１項記載の方法の使用。
5. データバンクに格納された材料データを補正するための請求項１から３までのいずれか１項記載の方法の使用。
6. 圧延スタンドの弾性的な伸長の補償を調整するための請求項１から３までのいずれか１項記載の方法の使用。
7. 圧延スタンドにおいて、当該圧延スタンドが、
   −少なくとも１つのローラを有しており、該ローラのローラジャーナルが、それぞれ偏心ブシュ内に回転可能に支承されており、
   −該偏心ブシュが、回転可能に当該圧延スタンドのハウジング内に支承されており、
   −偏心ブシュの支承手段が、低摩擦の軸受けであり、
   −調節機構が設けられており、該調節機構によって、調節力が、偏心ブシュに加えられるようになっており、前記調節力だけ、偏心ブシュが支承されたハウジングに対して偏心ブシュが回転させられるようになっていて、所望の位置に保持されるようになっており、
   −調節力を測定するための測定装置が設けられている
   ことを特徴とする、圧延スタンド。
8. 偏心ブシュの旋回角を測定するための測定装置が設けられている、請求項７記載の圧延スタンド。
9. 少なくとも１つの偏心ブシュが、歯付きリムまたは歯付きリムセグメントを有しており、該歯付きリムもしくは該歯付きリムセグメントが、調節機構の歯車と協働するようになっている、請求項７または８記載の圧延スタンド。
10. 少なくとも１つの偏心ブシュが、ウォームホイールまたはウォームホイールセグメントを有しており、該ウォームホイールまたは該ウォームホイールセグメントが、調節機構のウォームと協働するようになっている、請求項７または８記載の圧延スタンド。

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