JP6633649B2 - ロール装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に従う、圧延設備において、圧延材を圧延するためのロール装置に関する。

金属的な圧延材のための圧延スタンド内において、バックアップロールの軸受けのために通常使用されるような油膜軸受において、ロールネックは、固定した軸受ブッシュ内において回転し、その際、この軸受ブッシュが、チョック内に設けられている。
ロールネックと軸受ブッシュとの間の直径差は、通常、軸受直径の１‰、即ち、１ｍの軸受直径において約１ｍｍの間隙、の範囲内にあり、その結果、相応する環状間隙が、ロールネックと軸受ブッシュとの間に形成されている。この環状間隙は、典型的に、潤滑剤、例えば、油でもって充填されており、従って、この環状間隙内において、油膜が形成されている。

圧延スタンドの作動の間じゅう、外側の力、例えば、圧延力が、軸受に付与される場合、先ず第一に、回転するロールネックが、軸受ブッシュに対して偏心的に、半径方向に、外側の力方向とは逆に移動する。ロールネックと軸受ブッシュとの間の環状間隙は、その場合に、一方の側で、最小の断面を、および、精確に反対側で、最大の断面を備えている。
流体動力学的なポケットを介して、この環状間隙に供給される、油は、付着の条件（Ｈａｆｔｂｅｄｉｎｇｕｎｇ）によって、ロールネックの回転する表面において、最も狭い断面の領域内へと移送される。
この間隙の断面が、最も狭い位置に至るまで、常に、より小さくなっているので、この油は、この軸受の側方へと押し出される。同時に、その際、しかしながら、同様に油膜内における圧力も増大し、このことによって、この軸受は、外側のより大きな力を担持することが可能な状態にある。
両方の軸受側面へと押し出される油は、通常、軸受の側方流と称されている。

特許文献１、特許文献２、および、特許文献３は、圧延機内における、圧延のための密閉装置を記載している。

特許文献４は、流体動力学的なラジアル軸受を記載している。

非特許文献１内において、圧延機内における、圧延のための流体静力学的な油膜軸受が記載されている。

ロールネックとこのロールネックを収容する軸受面との間の油膜は、以下で、同様に潤滑膜とも称される。
側方流低減の無いシステムにおいて、仮に潤滑剤が冷却のために必要でない場合であっても、潤滑剤の高い側方流は欠点である。十分な潤滑剤を準備するために、多くの供給の手間隙、および、多くの周辺装置を必要とする。少ない回転数において、より大きな圧延力を収容するために、付加的な、流体静力学的な支援が必要であり、さもないと、軸受の耐荷重能力は、比較的により早く低くなる。
特有の構造容積は、それに加えて、それぞれの必要とされる圧延力に応じて大きい。

潤滑剤のための流出可能性の無い、完全に密閉された環状間隙を有するシステムにおいて、特に、潤滑剤およびロールネックの作動温度が、特に、比較的に高い回転数において上昇し、且つ、従って、温度上昇を制限、もしくは、均等に保持するために、手間暇がかかる冷却システムが必要であることは欠点である。
この温度上昇によって、潤滑剤の粘性は下がる。従って、同様に潤滑剤圧力も下がり、且つ、軸受の担持力が低減する。大抵の場合は、冷却循環回路の空転を防止するために、閉鎖されたシステムにおいて、逆止弁が統合される。

ヨーロッパ特許第１ ０３１ ３８９ Ｂ１号明細書 ヨーロッパ特許第１ ６９９ ５７５ Ｂ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８ ３１ ３０１ Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１ １７ ７４６ Ａ１号明細書

「圧延機のための油膜軸受」、１９６７、米国潤滑技術者協会（米国潤滑技術者の鉄鋼産業評議会作成）（"ＯＩＬ−ＦＩＬＭ ＢＥＡＲＩＮＧＳ ＦＯＲ ＲＯＬＬＩＮＧ−ＭＩＬＬＳ"， Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ １９６７， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ （ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｔｅｅｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ））

本発明の課題は、公知のロール装置を、ロール装置を過熱させること無しに、ロール装置の担持力もしくは圧延力が、このロール装置の構造容積の維持のもとで、もしくは、低減において増大され得るように、改良することにある。
本発明に従うロール装置は、それに加えて、組付け利便的であり、且つ、既存の設備内においてシステムアップ可能であるべきである。

この課題は、請求項１の対象によって解決される。
前記軸受ブッシュが、−円周方向に見て−通過角度領域、および、遮断角度領域に分割されていること、
前記軸受ブッシュが、前記通過角度領域内において、前記環状間隙から油収容室内への潤滑剤の導出のために、少なくとも１つの流出管路を有していること、
前記通過角度領域が、前記遮断角度領域と隣接した状態で、３６０°から前記遮断角度領域を減じた角度領域にわたって延在していること、
前記遮断角度領域αが、Ａ＋γ、ここで、前記ロールの回転方向において、−１０°＜γ＜＋３５°である、を出発点として、前記ロールの回転方向とは逆に、最大２７０°だけ延在していること、
その際、このＡが支持負荷点を定義し、この支持負荷点が、前記ロールネックと前記チョックとの間の、負荷状態における最も狭小な間隙（ｈ_ｍｉｎ）の角度位置Ａによって表されること、および、
前記支持負荷点Ａが、負荷状態において、前記圧延材の面に対して垂直に起立する、前記ロールの中心線Ｙに関して、前記ロールの回転方向において、φ＝＋／−２５°の角度領域内において配置されていることは、本発明に従うロール装置のために特徴的である。

本発明に従うロール装置は、先ず第一に、密閉リングを用いての潤滑剤の側方流の遮断によって条件付けられて、支持負荷点の領域内における環状間隙内の潤滑剤の圧力上昇を、および、従って、ロール装置の担持力増大、もしくは、圧延力増大を誘起する。
同時に、支持負荷点の領域内において、潤滑膜の厚さは増大され、および、従って、例えば、縁部滑走部（Ｋａｎｔｅｎｌａｅｕｆｅｒ）に関する、および、始動特性に関する、作動信頼性が改善される。
それら圧延設備内において比較的に少ない回転数に基づいてただ少しの熱だけが軸受け内において発生し且つ従って同様にただ少しの冷却だけが必要である、特に、圧延設備の前方の該圧延設備内において、圧力構造は、密閉リングの配置によって、容易に、且つ、有利に実現され得る。

長期間の経験、および、試験に基づいての、適当な計算モデルを用いて、既に、ロール装置の設計において、軸受ブッシュのために、遮断領域、および、潤滑剤のための流出管路を有する通過領域を、ロール装置の所望された担持力が同様に比較的に高い回転数においても実現され得るように定義することは、可能である。
この目的のために、通常は、チョック、及び／または、ロールにおける構造上の変更を必要としない。遮断領域のための角度の増大する大きさでもって、環状間隙からの潤滑剤の通過は低減される。軸受部の内部の潤滑剤の側方流の低減、もしくは、抑制は、有利には、ロール装置の耐荷重能力の向上を誘起する。

この耐荷重能力の向上は、有利には、軸受部の過熱が危惧されるべきこと無しに達成される。
このことは、軸受ブッシュの、３６０°から遮断角度領域を減じた角度領域の、遮断角度領域に対して相補的な通過角度領域内において、少なくとも１つの流出管路が、本発明に従い、前記流出管路が潤滑剤の十分な側方の流出を許容し、他方また、この流出が軸受けからの熱の十分な搬出を保証するように寸法設定されている故に、言えることである。

本発明は、有利には、既存の設備内における容易なシステムアップを可能にする。
構造空間を拡大すること無しに、例えば、既存の圧延設備における一連の近代化する構成において、圧延力、および、従って、既存の圧延設備の能力は、約４０％に至るまで向上され得る。既存の設備は、増大される圧延力要求に対して、例えば、他の材料の質（Ｍａｔｅｒｉａｌｇｕｅｔｅｎ）または材料厚さの処理によって、容易に、且つ、安いコストで変えられ得る。従来の軸受ブッシュは、容易に、本発明に従う軸受ブッシュによって交換され得る。
それに加えて、ロール胴側、および、ロール胴から遠い密閉リングは、既存のロール装置において、システムアップされ得る。

如何なる増大された圧延力も必要とされない場合、ロール装置は、新しい設備において、従来と同じ担持力を保証するために、先立って、全体としてより小さく寸法を設定され得る。このことは、特に、構造空間、材料コスト、および、製造時間を節約する。

第１の実施例に従い、ロールネックの上への装着のために、ロールネックスリーブが設けられている。このロールネックスリーブは、磨耗の場合に、有利には、容易に、および、安いコストで交換され得る。環状間隙は、その場合に、軸受ブッシュとロールネックスリーブとの間で形成されている。

更に別の実施例に従い、支持負荷点Ａは、負荷状態において、圧延材の面に対して垂直に起立する、ロールの中心線Ｙに関して、φ＝＋／−２５°の角度領域内において配置されている。

本発明の更に別の実施例に従い、軸受ブッシュは、通過角度領域内において、ロール胴側の油収容室との、環状間隙の流動体を案内するような結合のための、少なくとも１つのロール胴側の流出管路と、ロール胴から遠い油収容室との、環状間隙の流動体を案内するような結合のための、少なくとも１つのロール胴側の流出管路とを有している。
これら両方の流出管路は、有利には、軸受ブッシュの環状間隙からの油の、半径方向および側方の流出を可能にする。流出する油と共に、チョック内においていずれにしても存在する収集−還流を介してよりもより多くの熱が環状間隙から導出され、および、従って、環状間隙、もしくは、特にロールネックスリーブ、および、ロールネックの過熱は、同様に、増大された担持負荷においても確実に防止される。

特に、半径方向の流出管路は、有利には、ロールネックスリーブの円周角度領域内において、円周方向に分配されて設けられているか、もしくは、円周方向に延在している。
前記流出管路が、例えば、通過角度領域の内で円周方向に延在している、スリット形状の断面を有していることは可能であり、または、ロール胴側、または、ロール胴から遠い側で、軸受ブッシュの通過角度領域内において、円周方向に相並んで設けられている、多数の流出管路が備えられていることは可能である。

軸受ブッシュは、通過角度領域内において、この軸受ブッシュのロールネックの方に向けられた内側面に、油ポケット部を有していることは可能であり、且つ、少なくとも１つの流出管路が、その場合に有利には、前記流出管路が油をこの油ポケット部から油収容室内へと導出可能であるように、設けられている。

本発明に従うロール装置のロールは、ワークロール、バックアップロール、または、中間ロールであることは可能である。

本発明の更なる有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

本明細書には、５つの図が添付されている。

長手方向断面における、第１の実施例に従う、本発明に従うロール装置の図である。 横断面における、本発明に従うロール装置の図である。 第２の実施例に従う、本発明に従うロール装置の図である。 第３の実施例に従う、本発明に従うロール装置の図である。 流出管路のための異なる変形例を有する、本発明に従う軸受ブッシュの図である。

本発明を、以下で、異なる実施例の様式において、上記の図の参照のもとで、詳細に説明する。全ての図内において、同じ技術的な要素は、同じ参照符号でもって示されている。

図１は、第１の実施例に従う、本発明に従うロール装置１００を示している。
このロール装置１００は、ロール胴１１２およびロールネック１１４を有する、ロール１１０を備えている。圧延スタンドにおいて、このロールは、チョック１２０内において、より精確に言うと、回転不能にこのチョック内において設けられた軸受ブッシュ１３０内において、回転可能に軸受けされている。
この軸受ブッシュ１３０は、ロールネック１１４の収容のための収容開口部を有しており、その際、この収容開口部の内径が、このロールネックの、もしくは、このロールネックに被せられたロールネックスリーブ１１６の外径に比べて、軸受ブッシュとロールネックもしくはロールネックスリーブとの間に、潤滑剤、典型的に油の収容のための環状間隙１８０が残る程に、より大きく形成されている（図２参照）。

収容開口部のロール胴側の端面に、ロール胴側の収容室１６０に対する環状間隙の、そこでの密閉のために、密閉リング１４０が設けられている。類似して、収容開口部のロール胴から遠い端面に、そこでの、ロール胴から遠い油収容室１７０に対する環状間隙１８０の、そこでの密閉のために、更に別の密閉リング１５０が設けられている。

図１内において示されているように、軸受ブッシュ１３０は、環状間隙１８０から油収容室１６０、１７０内への潤滑剤の導出のために少なくとも１つの流出管路１３２を有している。
図１内において示された第１の実施例において、ロール胴側の流出管路１３２−１、並びに、ロール胴から遠い流出管路１３２−２が、環状間隙１８０からの油の導出のために設けられている。この目的のために、流出管路１３２−１、１３２−２は、流動体を案内するように、環状間隙、および、それぞれの油収容室１６０、１７０と結合されている。
図１内において示されているように、これら流出管路は、例示的に、部分毎に半径方向および軸線方向に延在している。

図２は、圧延力Ｆの負荷のもとでの、本発明に従うロール装置の横断面を示しており、この圧延力が、ここで、例示的に、中心面ｙの方向に作用している。この圧延力Ｆの作用（Ａｋｔｉｏ）および反作用（Ｒｅａｋｔｉｏ）の相互作用に基づいて、ロールネック１１４は、場合によっては、ロールネックスリーブ１１６と共に、偏心的に、軸受ブッシュ１３０の内側で位置ずれし、従って、非対称的な環状間隙１８０、もしくは、非対称的な油膜が発生する。
最小の高さ、もしくは、厚さｈ_ｍｉｎを、支持負荷点の位置における環状間隙１８０が占める。

本発明に従い、軸受ブッシュ１３０は、−円周方向に見て−通過角度領域β、および、遮断角度領域αに分割されており、この遮断角度領域が、３６０°と通過角度領域βとの間の差分と理解される。この遮断角度領域αは、Ａ＋γ、ここで−１０°＜γ＜＋３５°である、を出発点として、ロールの回転方向とは逆に、最大２７０°だけ延在している。上記のことに応じて、流過領域は、遮断角度領域に対する余角領域として、従って、３６０°から遮断角度領域αを減じた角度領域（３６０° − ｄｅｍ Ａｂｓｐｅｒｒｗｉｎｋｅｌｂｅｒｅｉｃｈ α）として定義される。

支持負荷点Ａは、負荷状態において、圧延材の面に対して垂直に起立する、ロールの中心線Ｙに関して、φ＝＋／−２５°の角度領域内において位置している。

図３は、ロール装置のための、より精確に言うと、流出管路１３２の可能な案内のための、第２の実施例を示している。
具体的に、この第２の実施例は、ロール胴側の、および、ロール胴から遠い流出管路１３２−１、１３２−２が、チョックの端面において、それぞれの油収容室１６０、１７０内へと、有利には軸線方向に流出するために、−環状間隙１８０を出発点として−半径方向に軸受ブッシュ１３０を通ってだけでなく、この軸受ブッシュから更に同様にチョック１２０をも通って延在していることを意図している。

図４は、本発明に従う装置のための、特に、流出管路の可能な案内のための、第３の実施例を示している。
特徴として、ここで、軸受ブッシュ１３０が、この軸受ブッシュのロールネック１１４の方に向けられた内側面に、収集−油ポケット部１３６を有していること、および、少なくとも１つの流出管路１３２−１、１３２−２が、この油ポケット部１３６との流動体を案内するような結合状態にあることが、認識され得る。この油ポケット部は、軸受ブッシュの内側における局部的な切欠き部であり、且つ、それ故に、この油ポケット部が、環状間隙の局部的で容積的な拡大部としての機能を果たし；且つ、この収集−油ポケット部の領域内において、環状間隙１８０の厚さ、および従って、この環状間隙内において存在する油膜の厚さが拡大されている。

流出管路１３２、１３２−１、１３２−２は、本発明に従い、常に、ただ通過角度領域β内だけにおいて形成されており、しかしながら、決して遮断角度領域α内において形成されていない。

図５は、流出管路のための、可能な配設、および、断面形状を示している。
そこで示された断面形状は、スリット形状、円形、または、矩形に、ただ例示的に理解されるべきであり；且つ、もちろん、これら流出管路が、それぞれの適宜の断面形状を有していることは可能である。これら流出管路が、軸受ブッシュの円周方向に延在している場合、例えば、図５内において左側に示されているように、スリット形状であるか、または、図５内において右側に示されているように、多数の円周方向に分配されて設けられた、特異な流出管路の様式であることは有利である。

１００ ロール装置
１１０ ロール
１１２ ロール胴
１１４ ロールネック
１１６ ロールネックスリーブ
１２０ チョック
１３０ 軸受ブッシュ
１３２ 流出管路
１３２−１ ロール胴側の流出管路
１３２−２ ロール胴から遠い流出管路
１３６ 油ポケット部
１４０ ロール胴側の密閉リング
１５０ ロール胴から遠い密閉リング
１６０ ロール胴側の油収容室
１７０ ロール胴から遠い油収容室
１８０ 環状間隙
α 遮断角度領域
β 通過角度領域
φ 支持負荷点のための角度領域
Ａ 支持負荷点
γ 角度

Claims (8)

1. 圧延設備において、圧延材を圧延するためのロール装置（１００）であって、このロール装置が、
   ロール胴（１１２）、および、少なくとも１つのロールネック（１１４）を備えるロール（１１０）と、
   回転不能に設けられた軸受ブッシュ（１３０）を備えるチョック（１２０）とを有し、
   この軸受ブッシュが、前記ロールネックの収容のための収容開口部を備え、この収容開口部の内径が、前記ロールネックの外径に比べて、前記軸受ブッシュと前記ロールネックとの間に、潤滑剤の収容のための環状間隙（１８０）が残る程により大きく形成されており、
   更に前記ロール装置が、
   前記収容開口部のロール胴側の端面に設けられた前記環状間隙の、そこでの密閉のための密閉リング（１４０）と、
   前記収容開口部のロール胴から遠い端面に設けられた前記環状間隙の、そこでの密閉のための密閉リング（１５０）とを有する様式の上記ロール装置（１００）において、
   前記軸受ブッシュ（１３０）が、−円周方向に見て−通過角度領域（β）、および、遮断角度領域（α）に分割されていること、
   前記軸受ブッシュ（１３０）が、前記通過角度領域（β）内において、前記環状間隙（１８０）から油収容室（１６０、１７０）内への潤滑剤の導出のために、少なくとも１つの流出管路（１３２）を有していること、
   前記通過角度領域（β）が、前記遮断角度領域（α）と隣接した状態で、３６０°から前記遮断角度領域（α）を減じた角度領域にわたって延在していること、
   前記遮断角度領域（α）が、Ａ＋γ、ここで、前記ロールの回転方向において、−１０°＜γ＜＋３５°である、を出発点として、前記ロールの回転方向とは逆に、最大２７０°だけ延在していること、
   このＡが支持負荷点を定義し、この支持負荷点が、前記ロールネック（１１４）と前記チョック（１２０）との間の、負荷状態における最も狭小な間隙（ｈ_ｍｉｎ）の角度位置Ａによって表されること、および、
   前記支持負荷点（Ａ）が、負荷状態において、前記圧延材の面に対して垂直に起立する、前記ロールの中心線Ｙに関して、前記ロールの回転方向において、φ＝＋／−２５°の角度領域内において配置されていること、
   を特徴とするロール装置（１００）。
2. 回転不能に前記ロールネック（１１４）に被せられる、ロールネックスリーブ（１１６）が設けられており、
   前記軸受ブッシュ（１３０）の前記収容開口部が、前記ロールネックスリーブを有する前記ロールネック（１１４）の収容のために形成されており、および、
   前記潤滑剤のための前記環状間隙（１８０）が、前記軸受ブッシュ（１３０）と前記ロールネックスリーブ（１１６）との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロール装置（１００）。
3. 前記油収容室は、前記チョック（１２０）と前記ロール胴（１１２）との間のロール胴側の油収容室（１６０）、または、前記ロールネック（１１４）のロール胴から遠い端部における、ロール胴から遠い油収容室（１７０）であることを特徴とする請求項１または２に記載のロール装置（１００）。
4. 前記軸受ブッシュ（１３０）は、前記通過角度領域（β）内において、
   前記ロール胴側の油収容室（１６０）との、前記環状間隙（１８０）の流動体を案内するような結合のための、少なくとも１つのロール胴側の流出管路（１３２−１）と、
   前記ロール胴から遠い油収容室（１７０）との、前記環状間隙（１８０）の流動体を案内するような結合のための、少なくとも１つのロール胴側の流出管路（１３２−２）とを有していることを特徴とする請求項３に記載のロール装置（１００）。
5. 前記少なくとも１つの流出管路（１３２−１、１３２−２）は、前記軸受ブッシュ（１３０）から前記チョック（１２０）を通って延在しており、および、
   このチョックから、油収容室（１６０、１７０）の内の１つの油収容室へと開口していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のロール装置（１００）。
6. 前記少なくとも１つの流出管路（１３２）が、前記通過角度領域（β）の内で円周方向に延在している、スリット形状の断面を有していること、及び／または、
   前記通過角度領域（β）の内で、円周方向に相並んで設けられている、多数の流出管路（１３２）が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のロール装置（１００）。
7. 前記軸受ブッシュが、前記通過角度領域内において、この軸受ブッシュの前記ロールネックの方に向けられた内側面に、油ポケット部（１３６）を有していること、および、
   前記少なくとも１つの流出管路（１３２）が、この油ポケット部（１３６）との流動体を案内するような結合状態にあることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のロール装置（１００）。
8. 前記ロール（１１０）は、ワークロール、バックアップロール、または、中間ロールであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のロール装置（１００）。

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