KR20150023477A - 압연롤 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 가공학에서 이용하기 위한 압연롤 장치(100)에 관한 것이며, 상기 압연롤 장치는, 하나의 롤 배럴(11) 및 2개의 롤 넥(10)을 구비한 압연롤과, 롤 넥(10)들 중 하나 이상의 롤 넥을 회전 고정 방식으로 수용하기 위한 하나 이상의 넥 부싱(20)을 포함한다. 롤 넥(10)과 넥 부싱(20) 사이에는 도그 부재(25)가 회전 고정식 형태 결합 연결부로서 배치된다. 롤 베어링의 구조 크기 내지 장착 크기를 증가시키지 않으면서 롤 베어링의 하중 지지 용량을 높이고, 이와 동시에 용이한 조립을 보장하기 위해, 롤 넥(10)은 반경 방향 유격이 있는 상태로 넥 부싱(20) 내에 장착되며, 그럼으로써 무하중 상태에서 반경 방향 유격을 바탕으로 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에 원주방향 공동부(12)가 형성된다. 공동부(12)를 증가시키기 위해, 추가로 롤 넥(10) 또는 넥 부싱(20)의 내부면(21)은 오목한 윤곽(50) 내지 프로파일부를 구비하여 형성된다.

Description

압연롤 장치{ROLL ARRANGEMENT}
본 발명은 금속 가공학에서의 압연롤 장치에 관한 것이며, 상기 압연롤 장치는, 하나의 롤 배럴(roll barrel) 및 2개의 롤 넥(roll neck)을 구비한 압연롤과, 롤 넥들 중 하나 이상의 롤 넥을 회전 고정 방식으로 수용하기 위한 하나 이상의 넥 부싱(neck bushing)을 포함하고, 롤 넥의 외부면과 넥 부싱의 내부면은 상호 간에 상보적으로 원통형으로 형성되며, 도그 부재(dog element)는 회전 고정식 형태 결합 연결부로서 넥 부싱과 롤 넥 사이에 배치된다.
종래 기술로부터는, 롤 넥이 원통형 또는 원추형 넥 부싱 내에 수용되는 압연롤 장치가 공지되었다. 원주방향 힘의 전달을 위해, 넥 부싱과 롤 넥 사이에 도그 부재들이 배치된다.
예컨대 압연기에서 유막 베어링들은, 조정 실린더들로부터 압연력을 전달받아 작업 롤들로 전달하는 지지 롤을 지지하기 위해 이용된다. 이런 유막 베어링은, 대개 높은 좀머펠트 수(Sommerfeld number) 범위에서, 다시 말하면 상대적으로 낮은 회전속도 및 높은 하중 재하 조건에서 작동하는 고하중 재하식 미끄럼 베어링이다. 하중 구역에서 형성되는, 부분적으로 1500bar를 상회하는 압력에 이르기까지 압력이 매우 높은 경우, 압력 재하되는 표면들의 탄성 변형 내지 평탄화가 개시된다. 이런 평탄화를 통해, 예컨대 조정 실린더를 통해 가해지는 외부 힘의 작용 방향에 대항하여 상대적으로 더 큰 압력 작용 표면이 발생한다. 따라서 베어링은 더욱 큰 하중을 지지할 수 있다. 이런 효과는 대개 "탄성 유체역학적(EHD) 하중 지지 용량 증가"로서 지칭된다. 이런 효과를 더욱 강화하기 위해, 베어링 면으로서 원추형으로 형성된 박판형 넥 부싱을 포함하는 이른바 Morgoil-KLX® 베어링이 이용된다(US 6,468,194 및 EP 1 213 061도 참조).
인쇄물 "회보 01/2009, SMS Group, 제16권, 1호, 2009년04월, 50쪽 및 51쪽"으로부터는, 넥 부싱이 원추형 롤 넥 상에 장착되는, 롤 베어링을 위한 Morgoil-KLX® 베어링이 공지되었다. 토크 전달을 위해, 넥 부싱과 롤 넥 사이에 피팅 키(fitting key)가 배치된다.
독일 공보 DE 38 76 663 T2는 유체 동역학적 윤활막 상에 원주 베어링(circumferential bearing)을 지지하기 위한 원통형 부싱을 기술하고 있다.
EP 1 651 876 B1은 베어링 부싱 내에 장착된 롤 넥을 위한 유막 베어링에 관한 것이며, 베어링 부싱은 안쪽에 위치하는 2개 이상의 유체 정역학적 포켓부(hydrostatic pocket)를 포함한다.
DE 38 76 663 T2는 유체 동역학적 윤활막 상에서 원주 베어링을 지지하기 위한 부싱에 관한 것이다.
DE 603 03 052 T2로부터는, 압연기에서 롤 넥의 넥 표면을 회전 가능하게 지지하기 위한 부싱이 공지되었으며, 원통형 부싱은 도그 부재를 통해 롤 넥과 형태 결합 방식으로 연결된다.
종전까지 공지된 해결 방안들의 단점들은, 매우 높은 하중의 전달을 위해 하중에 매칭되는, 베어링의 큰 치수 설계가 제공된다는 점에 있다.
본 발명의 과제는, 롤 베어링의 구조 크기 내지 장착 크기를 확대시키지 않으면서, 압연롤 장치의 하중 지지 용량을 추가로 증가시키는 것에 있다. 이와 동시에, 또 다른 과제는 조립 경비와 이와 결부되는 비용을 최대한 적게 유지하도록 하는 것에 있다.
상기 과제는 본 발명에 따라서 청구항 제1항의 특징들을 통해 해결된다. 본 발명은, 하나의 롤 배럴 및 2개의 롤 넥을 구비한 압연롤과, 롤 넥들 중 하나 이상의 롤 넥을 회전 고정 방식으로 수용하기 위한 하나 이상의 넥 부싱을 포함하는, 금속 가공학에서 이용하기 위한 압연롤 장치를 기술하고 있다. 롤 넥의 외부면 및 넥 부싱의 내부면은 상호 간에 상보적으로 원통형으로 형성된다. 회전 고정식 형태 결합 연결부로서 도그 부재는 넥 부싱과 롤 넥 사이에 배치된다. 본 발명의 특징은, 롤 넥이 반경 방향 유격이 있는 상태로 넥 부싱 내에 장착됨으로써, 무하중 상태에서 반경 방향 유격을 바탕으로 회전 대칭형 원주방향 공동부(circumferential cavity)가 넥 부싱과 롤 넥 사이에 형성되는 것에 있다.
공동부는 최대 지지력에 따라서 정확히 사전 치수 설계된다. 원주방향 공동부는 압연롤 장치의 종축에 대해 수직인 일 평면에 원주방향 중공 프로파일을 위해 회전 대칭형 환형 간극의 형태로 형성된다. 바람직하게는 상기 유격을 통해, 무하중 상태에서 넥 부싱과 롤 넥 사이에 예압이 발생하지 않는 점이 달성된다.
본 발명에 따른 공동부를 통해, 넥 부싱과 롤 넥 사이에 확대된 자유 공간부가 생성되며, 이 자유 공간부 내에서 넥 부싱은 하중 재하 상태에서 힘 작용의 공간 영역에서 국소적으로 평탄화될 수 있다. 넥 부싱의 평탄화를 통해, 압연롤 장치의 구조 크기를 확대할 필요 없이도, 힘을 흡수하기 위한 압력 작용 표면은 확대되고 압연롤 장치의 하중 지지 용량은 분명히 증가된다. 더 상세한 사항은 본원 명세서의 마지막에 기술된 "작동 원리"의 내용이 참조된다.
제1 실시예에 따라서, 공동부는 롤 넥의 외부면 상에서, 그리고/또는 넥 부싱의 내부면 상에서 회전 대칭형 오목 형상부를 통해 확대되고 범위 한정된다. 오목 형상부들은 회전 대칭형인 전체 공동부의 부분으로서 각각의 회전 대칭형 환형 간극을 형성하고/범위 한정한다. 그 결과, 바람직하게는 하중 재하 상태에 넥 부싱과 롤 넥 사이에서, 그리고 동일한 정도로 넥 부싱과 베어링 부싱 사이에서 유효한 압력 표면을 추가로 확대시키며, 이는 치수 및 장착 크기가 변동되지 않은 조건에서 베어링의 하중 지지 능력을 추가로 증가시킨다.
본 발명의 추가 구성에 따라서, 롤 넥의 외부면 및/또는 넥 부싱의 내부면은 자신들의 오목 형상부의 영역에서 (압연롤 장치의 종단면도로 볼 때) 적어도 부분적으로 직선의 형태로, 사인 곡선의 형태로, 제 R(x)n 도(degree)의 다각형 곡선의 형태로, 또는 이들 형태로 이루어진 조합으로 윤곽 형성된다.
그 밖에도, 롤 넥의 외부면의 윤곽 또는 넥 부싱의 내부면의 윤곽은 자신들의 오목 형상부의 영역에서 (압연롤 장치의 종단면도로 볼 때) 2개의 인접한 프로파일 섹션들 사이의 전환 영역에서 연속적이면서도 구별될 수 있다. 그 결과, 하기에서 프로파일부로도 지칭되는 윤곽의 연장부는, 가능한 노치 효과의 단점들을 상쇄시키기 위해, 서로 인접하는 프로파일 섹션들을 통해 에지 없이, 다시 말하면 완만한 전환부들을 구비하여 형성된다. 또한, 하중 재하 상태에, 서로 대항하여 작용하는 넥 부싱 및 롤 넥의 원주면들 상에 압흔점들, 예컨대 홈들의 형성은 방지된다.
그 밖에도, 롤 넥의 외부면의 윤곽, 또는 넥 부싱의 내부면의 윤곽은 자신들의 오목 형상부의 영역에서 (압연롤 장치의 종단면도로, 다시 말하면 축 방향으로 볼 때) 축 방향으로 지지력의 분포와 상관 관계를 가지며, 그럼으로써 하중 상태에 국소적으로 넥 부싱의 탄성 영역에서 넥 부싱의 최대한 큰 평탄화가 달성되고, 이런 평탄화는 구조 크기가 변경되지 않은 조건에서 압연롤 장치의 최대 하중 지지 용량을 달성한다.
그 밖에도, 본 발명에 따라서, 압연롤은 롤 스탠드 내에서 이용하기 위한 지지 롤이거나, 또는 중간 롤이거나, 또는 작업 롤이다.
그 외에, 도그 부재로서 넥 부싱과 롤 넥 사이에 하나 이상의 피팅 키가 배치된다. 바람직하게는 힘 전달을 위해, 힘 전달을 위한 경제적인 표준 부품으로서 마모 또는 파손 시 완벽하게 교환될 수 있는 하나 이상의 표준 부품이 이용된다.
추가 실시예에 따라서, 본원의 장치는 베어링 부싱을 구비한 하나 이상의 쵸크를 포함하며, 베어링 부싱 내에는 넥 부싱이 롤 넥 내지 압연롤과 함께 넥 부싱과 베어링 부싱 사이에 지지 유막의 이용하에 활주하는 방식으로 장착된다.
전체적으로 본 발명에 따른 장치에 의해, 기존의 장착 공간을 변경할 필요 없이, 하중 지지 용량 증가 내지 베어링의 효율 증가를 제공하기 위해, 예컨대 압연 설비 내부의 기존 압연롤 장치들을 본 발명에 따른 압연롤 장치들로 대체하거나 교환할 수 있는 간단하면서도 경제적인 가능성이 제공된다. 본 발명에 따른 장치는 수월하게 조립된다. 수리할 경우에도 간편하면서도 신속한 교환이 가능하다. 따라서 효율성 증가와 동시에 정비 및 유지보수 비용도 전체적으로 감소된다.
본 발명의 추가 장점들 및 상세 내용들은 종속 청구항들에서, 그리고 도면들에 도시된 본 발명의 실시예들이 더 상세히 설명되는 하기 기술 내용에서 제시된다. 이와 동시에, 앞서 설명한 특징들의 조합 외에도, 특징들은 단독으로, 또는 또 다른 조합들로도 본 발명의 핵심을 형성한다.
본 발명은 하기에서 도 1 내지 도 3b를 참조하여 상세히 기술된다.
도 1은 프로파일링된 원통형 넥 부싱을 포함한 압연롤이다.
도 1a는 프로파일부의 깊이(t)를 도시한 상세도이다.
도 2a는 무하중 상태에서 반경 방향 유격이 존재하는 방식으로 넥 부싱 내에서 롤 넥이 지지되는 모습을 최대 총 공동부의 영역에서 도시한 단면도이다.
도 2b는 하중 재하 상태에서 반경 반향 유격이 존재하는 방식으로 넥 부싱이 변형된 모습을 최대 총 공동부의 영역에서 도시한 단면도이다.
도 3a는 베어링 유격이 있는 상태로 롤 넥 상에서 넥 부싱이 지지되는 모습을 도시한 개략도이다.
도 3b는 롤 넥의 외부면 및 넥 부싱의 내부면에 대한 상이한 프로파일 특성곡선들을 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 예컨대 금속 가공학에서 이용하기 위한 압연롤 장치(100)가 도시되어 있으며, 이 압연롤 장치는 하나의 롤 배럴(11) 및 하나 이상의 원통형 롤 넥(10)을 구비한 압연롤을 포함한다. 롤 넥(10)은 이 롤 넥(10)에 상보적인 방식으로 원통형으로 형성된 넥 부싱(20)의 수용 보어 내에 반경 방향 유격이 있는 상태로 회전 고정 방식으로 장착된다. 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 반경 방향 유격은 회전 대칭형이거나, 또는 롤 넥(10)의 둘레를 따라 연장되는 원주방향 공동부(12)를 통해 형성된다. 반경 방향 유격을 통해, 넥 부싱(20)은 수월하게 롤 넥(10) 상에 끼워지거나, 또는 그 반대로 롤 넥(10)이 넥 부싱(20) 내로 삽입된다. 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 지름 차이로서 반경 방향 유격은 최대 바람직하게는 0.10㎜과 0.80㎜ 사이의 범위이다.
원통형 넥 부싱의 벽 두께(d)는, 계속 하기에서 기술되는 선택에 따른 회전 대칭형 오목 형상부를 고려하지 않는 조건에서, 10㎜와 75㎜ 사이이다.
롤 넥(10) 상에 끼울 때 넥 부싱(20)의 끼움 위치를 제한하기 위해, 롤 배럴(11)의 단부면과 넥 부싱(20) 사이에 정지부(25)를 구비한 스페이서 링(28)이 배치된다. 대체되는 방식으로, 롤 배럴(11)은 단부면에 정지부(25)로서의 견부(미도시)를 구비할 수 있으며, 이 견부는 롤 배럴과 일체형으로 형성된다. 넥 부싱(20)은, 롤 넥(1) 상으로 끼워진 후에, 압력 단붙이 링(17)(pressure shoulder ring)에 의해서 선택에 따라 롤 넥(10)의 지지를 위해 배치되는 액시얼 베어링 내륜(16)을 통해, 그리고 너트(18)에 의해 축 방향(x)으로 정지부(25) 쪽에 고정되며, 그에 따라 축 방향으로 변위되지 않도록 고정된다. 이 경우, 롤 넥(10)은 자신의 단부에 압력 단붙이 링(17)의 수용을 위해 허브 러그(26)(hub lug)를 구비하고 이에 이어서 너트(18)를 수용하기 위한 나사붙이 넥(27)(threaded neck)을 구비한다. 너트(18)는 추가로 회전 방지 부재(19), 예컨대 로크 너트(lock nut)에 의해 풀리지 않도록 고정될 수 있다.
형태 결합 연결부를 형성하기 위해, 그리고 회전 운동 동안 발생하는 원주방향 힘을 전달하기 위해, 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에, 예컨대 피팅 키의 형태로 하나 이상의 도그 부재(23)가 배치된다. 추가의 가능한 실시예에서, 하나 이상의 도그 부재는 롤 넥(10) 또는 넥 부싱(20)과 일체형으로도 형성될 수 있다.
예컨대 넥 부싱(20)의 내부면(21)은, 하기에서 형상부 또는 프로파일부(40)로도 지칭되는 원주방향 또는 회전 대칭형 오목 윤곽을 구비한다. 넥 부싱(20)의 내부면(21)의 프로파일부(40)는 자신의 오목 형상부의 영역에서 - 넥 부싱(20)의 종단면도로 볼 때 - 적어도 부분적으로 직선의 형태로, 사인 곡선의 형태로, 제 R(x)n 도, 바람직하게는 제2 도의 다각형 곡선의 형태로, 포물선의 형태로, 또는 이들 형태로 이루어진 조합으로 윤곽 형성된다. 대체되거나 추가되는 방식으로, 롤 넥의 외부면 상에도, 원주방향 또는 회전 대칭형 윤곽이 형성될 수 있다.
롤 넥(10) 상에서, 그리고/또는 넥 부싱(20) 상에서 프로파일부의 오목한 곡선 파형들(롤 넥의 경우는 도 1에 도시되어 있지 않음)을 통해, 필연적으로, 회전 대칭형 환형 간극들의 형태로 깊이(t)를 갖는 함몰부들이 형성되며, 이들 함몰부는 이미 무하중 상태에서 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에 제공되는 반경 방향 유격을 통해 형성되어 있는 회전 대칭형 공동부(12)를 증가시킨다. 또한, 공동부(12)는 전체적으로, 다시 말해 함몰부들을 포함하여 반경 방향 유격으로 구성되어, 원주방향 중공 프로파일을 위해 환형 간극의 형태로 형성되며, 그리고 롤 넥(10)을 중심으로 이 롤 넥(10)의 중심축(15)에 대해 수직인 평면에서 연장된다.
두 롤 넥 상에서 크기에서는 절반이지만 반대 방향으로 향하는 지지력(FL)(반작용)에 의해 보상되는 압연력(FW)(작용)으로 압연롤 장치를 가압할 때, 넥 부싱(20)의 내부면(21)의 프로파일부(40)는 국소적으로, 그리고 탄력적으로 롤 넥(10)의 원통형 외부면(13)에 매칭되면서 달라붙으며, 그럼으로써 결과적으로, 도 2b에 더 상세히 도시된 것처럼, 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(1) 사이에 확대된 베어링 표면이 형성되면서 지지력(F)의 압력 분포를 최적화시킨다. 도 1에는, 하중 재하 상태에, 각각 축 방향으로, 종래 기술에 따른 압력 분포의 곡선(44)과 본 발명에 따른 압연롤 장치(100)의 최적화된 압력 분포의 곡선(46)이 도시되어 있다.
도 1에는, 부분 하중 재하 상태로 압연롤 장치가 도시되어 있다. 부분 하중은, 도 1의 경우 무하중 상태에서 반경 방향 유격으로 인한 공동부의 부분이 압연롤 장치의 상부에서 힘 작용의 위치에서 압축되는 정도의 크기이다. 넥 부싱은, 도 1에 따른 부분 하중 도면의 경우, 부분 영역들에서만, 구체적으로는 지지면(14)들로만 양측에서 롤 넥 상에 안착된다. 그러나 이와 반대로, 넥 부싱의 오목 프로파일부를 통해 형성되는 공동부의 부분은 여전히 존재하고 식별될 수 있다. 도 1에서의 힘 작용은 여전히 최대가 아니다. 특히 힘 작용은, 여전히, 넥 부싱의 오목 프로파일부를 통해 형성되는 공동부의 추가 부분도 압연롤 장치의 상면 상에서 소멸되고 넥 부싱은 자신의 전체 축 방향 길이에 걸쳐서 롤 넥 상에 접하는 정도로 크지 않다. 이런 하중 상태는 훨씬 더 큰 압연력(FW) 및 지지력(FL)을 필요로 한다(도 1에는 도시되어 있지 않음).
프로파일부(40)의 깊이(t), 또는 그 결과로 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에서 발생하는 추가 공동부(12)의 크기는, 최대로 발생하는 압연력(FW) 및 넥 부싱(20)의 탄성 계수에 따라서, 공동부(12)의 부피가 더 크게 형성될수록 하중 재하 상태에서 최대 압연력(FW)은 더욱더 커지며 넥 부싱(20)의 변형은 탄성 영역에서만 계속 유지되는 방식으로 매칭된다. 프로파일부들의 실제 깊이(t)들은 마이크로미터(㎛) 범위에서, 바람직하게는 최대 1000㎛까지로 가변된다.
도시된 압연롤은 바람직하게는 롤 스탠드 내에서 이용하기 위한 지지 롤이거나, 또는 중간 롤이거나, 또는 작업 롤일 수 있다. 이 경우, 롤 스탠드는 압연 라인의 부분으로서 압연기 내에 배치될 수 있다.
또한, 롤 넥(10)과 함께 넥 부싱(20)을 수용하기 위한 베어링 부싱(51)을 포함하는 하나 이상의 쵸크(50)가 제공되며, 쵸크(50)의 베어링 부싱(51)과 넥 부싱(20)의 외부면(22) 사이에는 지지 유막(30)이 제공된다. 이런 어셈블리는 유막 베어링으로서도 지칭된다. 바람직한 실시예에서, 베어링 부싱(51)의 내부면은 베어링 금속 라이닝으로, 예컨대 백색 합금으로 코팅된다.
넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에는, 미세 마찰을 통한 미세 갤링(micro galling)을 방지하기 위해, 바람직하게는 윤활막(31)이 배치된다.
도 1a의 상세도에는, 롤 넥(13)의 외부면과 넥 부싱(21)의 내부면 사이의 전체 유격이 확대된 축척 비율로 도시되어 있다. 전체 유격은, 도 1a에 더 상세히 표시되어 있지 않은, 롤 넥(10)과 넥 부싱(20) 사이의 사전 선택된 끼워맞춤 공차(틈새 끼워맞춤) 및 프로파일부의 깊이(t)의 결과로 발생한다.
도 2a의 도면에는, 무하중 상태에서 반경 방향 유격(24)이 있는 조건으로 넥 부싱(20) 내에서 롤 넥(10)의 지지되는 모습이 단면도로 도시되어 있다. 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 반경 방향 유격은 원주방향 공동부(12)를 형성한다.
도 2b에는, 하중 재하 상태에서 반경 방향 유격이 있는 상태로 넥 부싱(20) 내에서 롤 넥(10)이 지지되는 모습이 도시되어 있다. 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 공동부(12)는 하중 재하 상태에 하중 간섭 위치에서 국소적으로 끊긴다. 넥 부싱(20)은, 도면에 도시된 것처럼, 하중 재하되는 위치에서 롤 넥(10) 상에서 지지되면서 이 롤 넥 상에 달라붙는다. 넥 부싱(20)은, 압력 재하 동안, 접촉 영역 내에서 정확히 사전 치수 설계된 공동부(12)에 의해 흡수되는 탄성 변형을 겪는다. 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 압력 분포는, 확대되는 평탄화된 표면이 힘 전달을 위해 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에서 형성되고 평탄화는 동일한 정도로 넥 부싱(20)의 외부면(22) 상으로 전달되고 그에 따라 넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에서, 그리고 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(51) 사이에서 최대 지지면 내지 유체 동역학적 산 모양 압력 작용부를 형성하는 방식으로 수행된다(작동 원리에 대한 더 상세한 내용은 하기에 기술되는 작동 원리 참조).
도 3a에는, 압연롤과, 그리고 반경 방향 유격(24)이 있는 상태로 롤 넥(10) 상에 배치되는 하나 이상의 넥 부싱(20)을 포함하는 압연롤 장치(100)가 기본도로 도시되어 있다. 이 경우, 롤 넥(10)의 외부면(13) 및 넥 부싱(20)의 내부면(21)은 원통형으로 형성되며, 각각의 원주면(13, 21)들은 상호 간에 상보적으로 형성되어 (무하중 상태에서) 반경 방향 유격이 있는 상태로 상호 간에 대향하여 위치하고, 그럼으로써 회전 대칭형 공동부가 형성된다.
도 3a에 도시된 압연롤 장치에서 하중 지지 용량을 높이기 위해, 공동부는 반경 방향 유격을 바탕으로 발생하는 압연력(FW) 및 지지력(FL)에 따라서 적합하게 치수 설계된다. 이를 위해, 추가로 선택적으로 본 발명에 따라, 공동부를 추가로 확대하기 위해, 넥 부싱(20)의 내부면(21) 및/또는 롤 넥(10)의 외부면(13)의 회전 대칭형 프로파일부(40)들이 제공될 수 있다. 도 3b에는, 예시로서, 각각의 하중 상태에 따라 또 다른 프로파일부들과 조합되어 이용될 수 있는 수학 함수 제 R(x)n 도의 형태로 축 방향으로 가능한 다양한 프로파일부들이 기술되어 있다. 프로파일 섹션들이 서로 조합되는 경우 에지 없는 균일한 전환을 보장하기 위해, 프로파일부(40)는 2개의 인접한 프로파일 섹션 사이의 전환 영역에서 연속적이면서도 구별 가능하게 형성된다. 여기서 주지할 사항은, 도 3b에 도시된 곡선 파형들은 실제로 실무에서 구현될 수 있는 프로파일부들을 기술한 것은 아니라는 점이다. 도시된 다수의 곡선 내지 프로파일 섹션은 가능한 여러 프로파일부 변형 형태를 개략적으로 나타내기 위해서만 이용된다.
작동 원리.
넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이에서 반경 방향 유격의 결과로, 그리고 선택에 따라 추가로 프로파일부(40)의 결과로 생성되는 본 발명에 따른 회전 대칭형 공동부(12)를 통해, 넥 부싱(20)과 롤 넥 사이에 확대된 자유 공간부가 생성되며, 이 자유 공간부 내에서 넥 부싱(20)은 힘 작용의 위치에서 확장될 수 있다.
구체적으로, 압연 작동 모드에서, 롤 스탠드 내에서, 적어도 실질적으로 수직으로 상향되는 압연력(FW)은 상부 압연롤(지지롤) 상으로 가해지는 반면, 이와 동시에 적어도 실질적으로 수직으로 하향되는 압연력(FW)은 하부 압연롤(지지롤) 상으로 가해진다. 이런 압연력들은 롤 배럴들로부터 각각 반씩 롤 넥 상으로 전달되며, 그럼으로써 롤 넥은 상부 쵸크 내에서는 상향 밀착되고 하부 쵸크 내에서는 하향 밀착된다.
압연력들은 기능 체인(functional chain)에 따라서 롤 넥으로부터, 계속해서 넥 부싱, 넥 부싱과 베어링 부싱 사이의 지지 유막, 및 베어링 부싱을 경유하여, 쵸크 상으로 전달된다. 이 쵸크로부터 압연력들은 계속해서, 내부에 쵸크가 장착되어 있는 롤 스탠드 내로 유도된다.
쵸크와 이 쵸크 내에 장착된 베어링 부싱은 이상적인 방식으로 압연력들에 대해 강성인 것으로서, 그리고 비압축형인 것으로서 간주되어야 한다. 다시 말하면, 쵸크 및 베어링 부싱은, 각각 크기는 동일하지만 서로 반대 방향으로 향하는 지지력들(FL)(반작용)을 상쇄시키면서 자신들에 작용하는 각각 반의 압연력들(FW/2)(작용)을 완전히 수용한다.
이미 적은 압연력(FW)으로 압연 작동 모드 동안 롤 넥을 가압함으로써, 롤 넥(10)은 넥 부싱(20)과 함께 압연력(FW)의 방향으로 지지 유막(30) 쪽에 밀착되고 상기 지지 유막은 베어링 부싱(51) 및 쵸크 쪽에 밀착된다(도 2b 참조). 그러나 이 경우, 넥 부싱(20)은 비압축형 지지 유막(30) 상에 부딪치며, 이 지지 유막은 자체적으로 강성의 베어링 부싱(51) 및 강성의 쵸크(50)에 의해 압연력의 방향에서 이탈되지 않도록 방지된다. 그러므로 결과적으로 넥 부싱은 대항하는 지지력(FL)에 의해 압연력의 방향에서 이탈되지 않도록 방지된다.
넥 부싱(20) 자체는 롤 넥(10)에 대향하여 본 발명에 따른 공동부(12)와 결부되어 앞서 제시한 힘(압연력)의 기능 체인에서 가장 약한 부재이다.
넥 부싱(20)은 압연력을 피할 수 없기 때문에, 압연 작동 모드 동안 하중 재하 상태에 넥 부싱(20)의 탄성 변형이 발생한다. 넥 부싱은 압연력(FW /2) 내지 반대 방향으로 향하는 지지력(FL)을 통해 (최초의) 공동부(12) 안쪽으로 변형되고 이와 동시에 평탄화된다. 평탄화는, 넥 부싱이 롤 넥(10) 상으로 밀착되어 이 롤 넥에 의해 지지될 때까지 최대로 수행된다. 넥 부싱(20)은 국소적으로 롤 넥의 프로파일부(40)에 탄성 매칭되면서 하중 완화 후에 다시 최초 상태로 변형된다. 평탄화를 통해, 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(51) 사이의 압력 작용 표면은 확대된다. 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(51) 사이에는 이른바 유체 동역학적 유막 베어링을 형성하는 지지 유막(30)이 배치된다. 본 발명에 따른 압연롤 장치는 압력 작용 표면의 확대를 바탕으로 넥 부싱과 베어링 부싱 사이의 유압 동역학적 유막 베어링의 하중 지지 용량을 증가시킨다.
실제로 압연력 내지 지지력은 점 또는 선 형태로 작용하는 것이 아니라, 산 모양 힘 작용부의 형태로 작용한다. 산 모양 힘 작용부는 원주방향으로, 그리고 축 방향으로 평면 확장부를 포함한다. 넥 부싱의 평탄화, 및 이와 결부되는 압력 작용 표면의 확대를 통해, 평면 확장되는 산 모양 힘 작용부에 대해 압연롤 장치의 분명한 하중 지지 용량 증가가 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 압연롤 장치는, 넥 부싱이 이미 무하중 상태에서 예압력으로, 예컨대 수축을 통해 롤 넥과 마찰 결합식으로 연결되는 압연롤 장치에 비해 훨씬 더 많은 하중을 지지한다. 넥 부싱의 탄성 평탄화를 위해 필요한 힘의 가압은 본 발명에 따른 공동부로 인해, 베어링 부싱과 넥 사이의 예압을 이용하는 구성의 경우에서보다 더 낮다. 예압된 구성의 경우, 넥 부싱의 동일한 변형을 실현하기 위해, 더 많은 힘이 요구된다.
달리 말하면:
넥 부싱(20)의 상대적으로 얇은 벽 두께로 인해, 넥 부싱(20)의 내부면(21) 상에서 하중 재하 하의 변형은, 변동 없이, 다시 말하면 동일한 방향으로 넥 부싱(20)의 외부면(22) 상에 재현되며, 그에 따라 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(51) 사이에서 힘 작용에 대항하는 압력 표면을 증대/확대시킨다. 이는 다시금 윤활막 압력의 균일한 분포를 달성하며, 그럼으로써 지지 유막(30) 내의 피크 압력이 베어링 부싱의 재료, 내지 이 베어링 부싱 상의 베어링 금속 라이닝의 재료의 한계값들을 초과하지 않으면서, 더 큰 힘이 흡수된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 장치는, 넥 부싱(20)과 베어링 부싱(51) 사이에서 유체 동역학적 윤활막 내지 유막 베어링의 하중 지지 용량을 증가시킨다.
100 압연롤 장치
10 롤 넥
11 롤 배럴
12 공동부
13 롤 넥의 외부면
14 지지면
15 중심축
16 액시얼 베어링 내륜
17 압력 단붙이 링
18 너트
19 로크 너트
20 넥 부싱
21 넥 부싱의 내부면
22 넥 부싱의 외부면
23 도그 부재
24 반경 방향 유격
25 정지부
26 허브 러그
27 나사붙이 넥
28 스페이서 링
30 지지 유막
31 윤활막
40 프로파일부
44 압력 분포 - 종래 기술
46 최적화된 압력 분포
50 쵸크
51 베어링 부싱
R(x) 수학 함수로서 프로파일부
x 축 방향의 좌표
FW 압연력
FL 지지력
t 프로파일부의 깊이
d 넥 부싱의 벽 두께

Claims (8)

  1. 금속 가공학에서의 압연롤 장치(100)이며,
    하나의 롤 배럴(11) 및 2개의 롤 넥(10)을 구비한 압연롤과,
    롤 넥(10)들 중 하나 이상의 롤 넥을 회전 고정 방식으로 수용하기 위한 하나 이상의 넥 부싱(20)이며, 롤 넥(10)의 외부면(13)은 원통형으로 형성되고 넥 부싱(20)의 내부면(21)도 상보적으로 원통형으로 형성되는, 상기 하나 이상의 넥 부싱(20)과,
    넥 부싱(20)과 롤 넥(10) 사이의 회전 고정식 형태 결합 연결부로서의 도그 부재(25)를 포함하는 상기 압연롤 장치에 있어서,
    상기 롤 넥(10)은 반경 방향 유격이 있는 상태로 상기 넥 부싱(20) 내에 장착되고,
    무하중 상태에서 회전 대칭형 원주방향 공동부(12)는 상기 넥 부싱(20)과 상기 롤 넥(10) 사이에 반경 방향 유격의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공동부(12)는 회전 대칭형으로 형성되며, 그리고 상기 롤 넥(10)의 외부면(13) 상에서, 그리고/또는 상기 넥 부싱(20)의 내부면(21) 상에서 마찬가지로 회전 대칭형이면서 - 압연롤 장치(100)의 종단면도로 볼 때 - 오목한 형상부를 통해 범위 한정되는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 롤 넥(10)의 외부면 또는 상기 넥 부싱(20)의 내부면(21)은 자신들의 오목 형상부의 영역에서 - 압연롤 장치(100)의 종단면도로 볼 때 - 적어도 부분적으로 직선의 형태로, 사인 곡선의 형태로, 제 R(x)n 도의 다각형 곡선의 형태로, 또는 이들 형태로 이루어진 조합으로 윤곽 형성되는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 롤 넥(10)의 외부면의 윤곽(50), 또는 상기 넥 부싱(20)의 내부면(21)은, 자신들의 오목 형상부의 영역에서 - 압연롤 장치(100)의 종단면도로 볼 때 - 2개의 인접한 섹션 사이의 전환 영역에서 연속적이면서도 구별될 수 있는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동부(12)의 부피가 더욱더 크게 형성될수록, 상기 넥 부싱(20)의 변형이 탄성 영역에서 유지되는 한, 무하중 상태에서 최대 지지력(F)도 더욱더 커지는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압연롤은 롤 스탠드 내에서 이용하기 위한 지지 롤이거나, 또는 중간 롤이거나, 또는 작업 롤인 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 넥 부싱(20)과 상기 롤 넥(10) 사이의 도그 부재(25)는 적어도 피팅 키의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압연롤 장치는 베어링 부싱(41)을 구비한 하나 이상의 쵸크(40)를 추가로 포함하며, 상기 베어링 부싱 내에는 상기 넥 부싱(20)이 상기 롤 넥(10) 내지 상기 압연롤과 함께 상기 넥 부싱(20)과 상기 베어링 부싱(41) 사이에 지지 유막(30)의 이용하에 활주하는 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 압연롤 장치.
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