WO1996025250A1 - Walzenständer in geschlossener rahmenbauweise - Google Patents
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- B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
- B21B31/02—Rolling stand frames or housings; Roll mountings ; Roll chocks
Definitions
- the invention relates to a roll stand in a closed frame construction, in particular for heavy roll stands for rolling sheets and strips, consisting of two stand spars delimiting the stand window for receiving and guiding the roll chocks with mutually parallel inner surfaces and upper and lower crossheads connecting the stand spars.
- Rolling mills of conventional design basically consist of two stands in which the rolls, which run in bearings supported by chocks, are arranged.
- the stands are connected to one another at the top and bottom by cross-connecting parts; Cross-connection parts and stands form the rolling stand.
- the stands as load-bearing structural parts of the rolling stand, absorb all the forces that occur during the rolling process. Therefore, the stands must have a high strength with little change in shape and at the same time allow the favorable arrangement of all elements of the scaffold.
- one-piece versions of the stand in closed frame construction are preferred;
- the object of the present invention is, based on the problems described, to design a roll stand in a closed frame construction in such a way that - while avoiding stress concentrations in the stand - the constriction of the stand window between the stand spars resulting from the rolling forces is minimized to an acceptable level.
- each uprights have concave contours in the longitudinal direction, so that the cross-sectional areas of the uprights, starting from the crossheads, continuously decrease to the central region of the uprights.
- the reduction can be described by a circular arc-shaped contour of the outside of each upright which runs in the longitudinal direction.
- the center of the radius of the circular arc describing the contour is in the center area outside the upright
- each uprights have parabolic contours in the longitudinal direction or, for example, never correspond to the bending of a beam on two supports.
- the constriction of the stands in the area of the center of the stand can be reduced to zero, so that no expensive post-processing of the stands is necessary. This results in time and cost savings, also due to the higher availability of the rolling stand.
- the chocks can be guided in the column window within very narrow tolerances, resulting in a significantly smaller dimensional deviation of the rolling stock due to better guidance of the chocks and a smoother bearing run.
- the axial load on the roller bearings is reduced due to the less jamming of the rollers.
- the measures found are extremely simple and also involve material savings on the stand itself.
- Fig. 1 in a roughly simplified three-dimensional representation of a roller stand in a closed frame design according to the prior art
- Fig. 2 shows schematically the expected constriction and bending of a
- Stand window under rolling load 3 shows a roll stand according to the invention
- Fig. 5 in a bar graph, the maximum comparison voltages and the vertical expansion of the stator according to the prior art and the invention in comparison and
- Fig. 6 in three-dimensional representation of a diagram, the constriction of a roll stand according to the invention with rolling forces between 0 and 100% in relation to the height of the roll stand.
- the roller stand is designated 1 in total. It consists of the two uprights 2 and 3, which are connected to each other via the upper 4 and lower crosshead 5. In the interior of the closed frame created by this stand design, the stand window numbered 6, the one formed on the stand spars 2 and 3, remains
- Inner surfaces 7 are flat and are formed in parallel planes with respect to the respective opposite upright 2 and 3.
- the upper crosshead 4 of the roll stand 1 has a bore for the pressure nut, which is irrelevant in connection with the present invention.
- the uprights 2 and 3 can be seen to have cross sections which have the same dimensions between the upper crosshead and lower crosshead.
- FIG. 2 schematically shows the deformation of the stand which occurs when the rolling forces Y and Y bend apart the upper and lower crossheads 4, 5 of the roll stand 1 in the vertical direction. In this case, they bend
- Stand spars 2 and 3 as shown by the dashed line 8, to the inside and reduce the clear width of the stand window.
- the extent of this constructive retreat of the stator window 6 depends on the size of the effective forces Y and Y ⁇ the dimensions L1 and L2 of the stator crossheads 4 and 5 and stator bars 2 and 3 and their moments of resistance J-
- the outer sides 10 of the uprights are provided with a contour which can be described by a circular arc with the radius R, the center of the circle with the radius R being on an imaginary horizontal line running through the center 11 of the roll stand 1 outside the upright.
- the radius R is selected in the exemplary embodiment such that the extent of the backward deflection of the two upright bars 2 and 3 is approximately 30% of the bar not constricted in accordance with FIG. 1.
- the calculation is based on a roll stand with a total height of 14,900 mm and a stator bar thickness of 960 mm.
- the height of the lower and upper crosshead was assumed to be 2300 mm.
- the dimension of the constructive retraction of the outside of each stand spar was assumed to be 250 mm for variant 1 and 295 mm for variant 2, both based on the stand spar of a generic roller stand according to FIG. 1 with an assumed spar thickness of 960 mm.
- the upright struts can be expected to have a horizontal constriction in the center of the scaffold of almost 2 mm.
- Both variants according to the invention show a significantly reduced constriction over the entire height of the stand, whereby in the case of variant 2, that is to say with a degree of retraction of 295 mm, the constriction in the region of the stand center is reduced to zero even with a 100% rolling load.
- FIG. 6 the horizontal constriction in a rolling stand according to the invention is shown in a three-dimensional diagram and as a function of the percentage rolling force. It can also be seen here that - even at 100% rolling force - there is a significantly decreasing, towards zero reduction in the constriction in the center region of the stand, so that a roll stand designed according to the invention solves the task in a simple manner.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, insbesondere für schwere Walzgerüste zum Walzen von Blechen und Bändern, bestehend aus zwei das Ständerfenster zur Aufnahme und Führung der Walzeneinbaustücke begrenzenden Ständerholmen mit zueinander parallelen Innenflächen und die Ständerholme verbindenden oberen und unteren Querhäuptern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ständerfenster (6) abgewandten Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2, 3) zur Verringerung der Querschnittsflächen der Ständerholme (2, 3) von den Querhäuptern (4, 5) ausgehend, in Richtung Ständerfenster (6) zurückweichen, wobei der geringste Ständerholmquerschnitt im mittleren Bereich (11) zwischen dem oberen und unteren Querhaupt (4, 5) liegt.
Description
Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise
Die Erfindung betrifft einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, insbesondere für schwere Walzgerüste zum Walzen von Blechen und Bändern, bestehend aus zwei das Ständerfenster zur Aufnahme und Führung der Walzeneinbaustücke begrenzenden Ständerholmen mit zueinander parallelen Innenflächen und die Ständerholme verbindenden oberen und unteren Querhäuptern.
Walzwerke konventioneller Bauart bestehen grundsätzlich aus zwei Ständern, in denen die Walzen, die in durch Einbaustücke abgestützten Lagern laufen, angeordnet sind. Die Ständer sind oben und unten durch Querverbindungsteile miteinander verbunden; Querverbindungsteile und Ständer bilden das Walzgerüst. Die Ständer nehmen als tragende Konstruktionsteile des Walzgerüstes alle beim Walzprozeß auftretenden Kräfte auf. Daher müssen die Ständer eine hohe Festigkeit bei geringer Formänderung aufweisen und gleichzeitig die günstige Anordnung aller Elemente des Gerüstes ermöglichen. Für schwere Walzwerke werden einteilige Ausführungen des Ständers in geschlossener Rahmenbauweise vorgezogen;
Wie bereits ausgeführt, nehmen die zwischen den Ständerholmen verbleibenden
Fenster die Einbaustücke für die Lager der Walzen auf und müssen dementsprechend mit Führungen versehen sein, an denen die Einbaustücke gleitend bewegbar sind. Das wiederum erfordert eine exakte Parallelität der gegenüberiiegenen Innenflächen der Ständerfenster bei geringen Abstandstoleranzen, damit ein möglichst geringes Bewegungsspiel zwischen den Einbaustücken und den Ständerholmen für geringe
Maßabweichungen des Walzgutes sorgt.
Bei der konstruktiven Auslegung der Walzenständer, insbesondere bei den beschriebenen geschlossenen Ständern ist zu berücksichtigen, daß beim Walzen die . Resultierende der Walzkraft etwa senkrecht gerichtet ist, so daß auf das
Gesamtsystem zwei gleichgroße entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken, die die Querhäupter auseinanderzudrücken suchen. Man kann den geschlossenen Ständer rechnerisch als einen elastischen Rahmen betrachten, in dem bei vertikaler Kraftrichtung im Ständerholmquerschnitt eine Zugkraft, beispielsweise in Größe der halben Walzkraft, wirkt, aber gleichzeitig auch ein Biegemoment, das an den Ecken
des Ständers angreift (Fig.2). Die Querhäupter, die fest mit den Ständerholmen verbunden sind, werden ausschließlich auf Biegung beansprucht. Die größte Spannung im Ständer ist an den Ständerholmen in den Fensterflächen anzunehmen, da die Ständerholme -neben den Zugspannungen- durch das wirkende Biegemoment zum Fenster hin durchgebogen werden. Das Ständerfenster wird eingeschnürt, d.h. der Lichte Abstand der Innenseiten der Ständerholme verkleinert sich durch die Walzlast.
Da die erforderliche Starrheit des Ständers gewährleistet sein muß, ist es Ziel eines jeden Konstrukteurs sicherzustellen, daß die Durchbiegung der Ständerholme zum
Ständerfenster hin, oder wie es auch genannt wird, die Einschnürung des Ständers, so gering wie möglich gehalten wird.
Es ist leicht einzusehen, daß eine zu starke Einschnürung des Ständers zum Klemmen der Einbaustücke führt und deren Anstellbarkeit behindert. Die Möglichkeit, das Spiel zwischen Einbaustück und Innenflächen der Ständerfenster zu vergrößern scheidet aus, weil dadurch die Stabilität der Führung der Einbaustücke negativ beeinträchtigt wird und dadurch Maßabweichungen am Walzgut zu verzeichnen sind. Häufig macht deshalb die Einschnürung des Walzgerüstes eine Nachbearbietung des Ständerfensters erforderlich, mit dem verständlicherweise hohem Aufwand an Zeit und Kosten.
Verschiedene Lösungsvorschläge, die Einschnürung des Ständers gering zu halten, haben sich in der Praxis nur bedingt bewährt. So ist versucht worden, durch Vergrößerung der Querhäupter das die Ständerholme biegende Moment zu verringern, oder es ist versucht worden, die Holme selbst zu vergrößern, um deren Durchbiegung ein größeres Widerstandsmoment entgegenzusetzen. In beiden Fällen bauten die Walzgerüste schwerer, es muß mehr Material eingesetzt werden, so daß das Walzgerüst sehr teuer wurde. Es ist auch schon versucht worden, durch Unterschneidungen in den Eckbereichen der Ständerfensters die Starrheit des
Ständerrahmens zu verringern und praktisch einem Ständer mit "gelenkigen Anlenkungen" von Querhäuptern und Ständerholmen zu simulieren. Diese Unterschneidungen führten jedoch zu deutlichen Schwächungen der Stabilität des Walzgerüstes in diesen Bereichen, ohne den gewünschten Erfolg zu bringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den beschriebenen Problemen, einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise so auszugestalten, daß - bei gleichzeitiger Vermeidung von Spannungskonzentrationen im Ständer - die aus den Walzkräften resultierende Einschnürung des Ständerfensters zwischen den Ständerholmen auf ein vertretbares Maß minimiert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die dem Ständerfenster abgewandten Außenseiten jedes Ständerholmes, von den Querhäuptern ausgehend, zur Verringerung der Querschnittsflächen der Ständerholme in Richtung Ständerfenster zurückweichen, wobei der geringste
Ständerholmquerschnitt im mittleren Bereich zwischen dem oberen und unteren Querhaupt liegt.
Bei Untersuchungen wurde herausgefunden, daß sich durch das konstruktive Zurückweichen der Ständerholme auf deren Außenseiten die Einschnürung der Ständerholme in Richtung Ständerfenster deutlich verringern läßt. Entgegen der bisherigen Annahme, durch Vergrößerung des Ständerquerschnittes die Stabilität des Gerüstes zu erhöhen und damit die Einschnürung des Ständerfensters zu verringern, wurde erkannt, daß eine Querschnittsverringerung der Ständerholme genau zu dem angestrebten Ziel führt, wenn die Verringerung des Querschnittes auf der Außenseite der Ständerholme, also auf den dem Ständerfenster abgewandten Seite der Ständerholme in der beschriebenen Weise erfolgt.
Vorzugsweise erhalten die Außenseiten jedes Ständerholmes in Längsrichtung konkav verlaufende Konturen, so daß sich die Querschnittsbereiche der Ständerholme, von den Querhäuptern ausgehend, kontinuierlich bis zum mittleren Bereich des Ständerholms verringern.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Verringerung durch eine in Längsnchtung verlaufende kreisbogenförmige Kontur der Außenseite jedes Ständerholmes beschreibbar ist. Der Radienmittelpunkt des die Kontur beschreibenden Kreisbogens egt im Mittenbereich außerhalb des Ständerholmes
Es ist auch denkbar, daß die Außenseiten jedes Ständerholmes in Längsrichtung parabelförmig verlaufende Konturen aufweisen, oder beispielsweise der Biege nie eines Trägers auf zwei Stützen entsprechen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, die Außenseiten jedes Standerholmes in Längsrichtung als durch Polygonzüge beschreibbaree Konturen aufzubilden, im Extremfall könnte das Polygon aus drei Punkten gebildet sein
Mit der erfindungsgemäßen besonderen Formgebung der Standerholme ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Walzgerusten. Die Einschnürung der Stander im Bereich der Ständermitte läßt sich gegen Null reduzieren, so daß keine aufwendige Nachbearbeitung der Ständer mehr notwendig wird. Daraus resultieren Zeit- und Kostenersparnisse, auch durch die höhere Verfügbarkeit des Walzgerustes Die Einbaustucke können in sehr engen Toleranzen im Ständertenster gefuhrt werden, daraus ergibt sich eine wesentlich geringere Maßabweichung des Walzgutes durch die bessere Führung der Einbaustücke sowie ein ruhigerer Lagerlauf Die axiale Belastung der Walzenlager wird durch die geringere Verschrankung der Walzen gemindert. Die gefundenen Maßnahmen sind äußerst einfach und darüber hinaus mit Materialersparnis am Ständer selbst verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschreiben Es zeigt
Fig 1 in grob vereinfachter dreidimensionaler Darstellung einen Walzenstander in geschlossener Rahmenbauart nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 schematisch die zu erwartende Einschnürung und Aufbiegung eines
Standerfensters unter Walzlast,
Fig. 3 einen Walzenständer nach der Erfindung,
Fig. 4 in einem Diagramm die horizontale Einschnürung eines Walzenständers nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung,
Fig. 5 in einem Balkendiagramm die maximalen Vergleichsspannungen und die vertikale Aufweitung des Ständers nach dem Stand der Technik und der Erfindung im Vergleich und
Fig. 6 in dreidimensionaler Darstellung eines Diagrammes die Einschnürung eines Walzenständers nach der Erfindung bei Walzkräften zwischen 0 und 100 % im Verhältnis zur Höhe des Walzenständers.
In Figur 1 ist in einer dreidimensionalen stark vereinfachten Darstellung ein Walzenständer in geschlossener Rahmenbauart dargestellt, der in der
Beschreibungseinleitung als Stand der Technik beschrieben ist. Der Walzenständer ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Er besteht aus den beiden Ständerholmen 2 und 3, die über das obere 4 und untere Querhaupt 5 miteinander verbunden sind. Im inneren des durch diese Ständerausbildung entstehenden geschlossenen Rahmens verbleibt das mit 6 bezifferte Ständerfenster, dessen an den Ständerholmen 2 und 3 gebildete
Innenflächen 7 plan und bezüglich des jeweils gegenüberliegenden Ständerholmes 2 und 3 in parallelen Ebenen ausgebildet sind. Das obere Querhaupt 4 des Walzenständers 1 weist eine Bohrung für die Druckmutter auf, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unbeachtlich ist. Erkennbar weisen die Ständerholme 2 und 3 Querschnitte auf, die zwischen oberem Querhaupt und unterem Querhaupt gleiche Abmessungen haben.
In Figur 2 ist schematisch die Verformung des Ständers dargestellt, die eintritt, wenn die Walzkräfte Y und Y in vertikaler Richtung das obere und untere Querhaupt 4, 5 des Walzenständers 1 auseinanderbiegen. In diesem Fall biegen sich nämlich die
Ständerholme 2 und 3, wie die gestrichelt dargestellte Linie 8 zeigt, nach innen und verkleinern die lichte Weite des Ständerfensters. Das Maß dieses konstruktiven Zurückweichens des Ständerfensters 6 ist abhängig von der Größe der wirksamen Kräften Y und Y\ den Abmessungen L1 und L2 der Ständerquerhäupter 4 und 5 und Ständerholme 2 und 3 sowie deren Widerstandsmomenten J-|
Es hat sich gezeigt, daß das Maß 9 der Durchbiegung bzw. Einschnürung der Ständerholme 2, 3 deutlich reduziert und gegen Null geführt werden kann, wenn gemäß dem Vorschlag der Erfindung die Ständerholme 2 und 3, wie in Figur 3 dargestellt, in Richtung Ständerfenster 6 verjüngt sind. Beispielsweise werden die Außenseiten 10 der Ständerholme mit einer Kontur versehen, die durch einen Kreisbogen mit dem Radius R beschreibbar ist, wobei der Mittelpunkt des Kreises mit dem Radius R auf einer gedachten, durch die Mitte 11 des Walzgerüstes 1 verlaufende Horizontalen außerhalb des Ständers liegt. Der Radius R ist im Ausführungsbeispiei so gewählt, daß das Maß der Zurückweichung der beiden Ständerholme 2 und 3 ca. 30 % des nicht eingeschnürten Holmes gemäß Figur 1 beträgt. Dabei ist im Ausführungsbeispiel rechnerisch von einem Walzenständer mit einer Gesamthöhe von 14900 mm und einer Ständerholmdicke von 960 mm ausgegangen. Als Höhe des unteren und oberen Querhauptes wurden 2300 mm angenommen. Das Maß des konstruktiven Zurückweichens der Außenseite jedes Ständerholmes wurde mit 250 mm bei Variante 1 und 295 mm bei Variante 2 angenommen, beide bezogen auf den Ständerholm eines gattungsgemäßen Walzenständers gemäß Figur 1 bei einer angenommenen Holmdicke von 960 mm.
In Figur 4 ist das Maß der horizontalen Einschnürung über der Ständerhöhe in einem
Diagramm aufgetragen, wobei die durchgezogene Linie die Einschnürung des gattungsgemäßen Walzenständers wiedergibt, die mit den längeren Strichen gestrichelte Linie die Variante 1 , also bei einer Zurückweichung von 250 mm und die mit kürzeren Strichen gestrichtelte Linie die Variante 2 bei einer Zurückweichung von 295 mm darstellt. Die Graphik läßt sehr deutlich erkennen, daß bei dem nicht nach der
Erfindung gestalteten Ständerholmen eine horizontale Einschnürung in der Gerüstmitte von fast 2 mm zu erwarten ist. Beide erfindungsgemäßen Varianten zeigen eine deutlich verringerte Einschnürung über die gesamte Ständerhöhe, wobei im Fall der Variante 2, also bei einem Maß der Zurückweichung von 295 mm die Einschnürung im Bereich der Ständermitte selbst bei 100%iger Walzlast auf Null zurückgeführt ist.
Im Balkendiagramm nach Figur 5 wird diese Darstellung bestätigt. Deutlich erkennbar wird durch die Ausbildung des Walzgerüstes nach der Erfindung die Vergleichsspannung von beim Stand der Technik 72,6 N/mrτ.2 auf 67 8 N/mrτ.2 bei Variante 2 verringert. Zwar erhöht sich dabei die vertikale Aufweitung des Ständers in
Richtung der wirksamen Kräfte Y und Y'von 2,13 auf 2,39 mm geringfügig, doch ist diese vertikale Aufweitung des Walzgerüstes, gemessen an der Einschnürung des Ständerfensters, unschädlich und vernachlässigbar.
In Figur 6 ist in einer anderen Darstellungsform die horizontale Einschnürung bei einem erfindungsgemäßen Walzgerüst in einem dreidimensionalen Diagramm und in Abhängigkeit von der prozentualen Walzkraft dargestellt. Auch hier ersichtlich, daß -selbst bei 100 % Walzkraft- im Mittenbereich des Ständers eine deutlich abnehmende, gegen Null gehende Verringerung der Einschnürung stattfindet, so daß ein nach der Erfindung ausgebildeter Walzenständer auf einfache Weise die gestellte Aufgabe löst.
Claims
Patentansprüche
1. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, insbesondere für schwere Walzgerüste zum Walzen von Blechen und Bändern, bestehend aus zwei das
Ständerfenster zur Aufnahme und Führung der Walzeneinbaustücke begrenzenden Ständerholmen mit zueinander parallelen Innenflächen und die Ständerholme verbindenden oberen und unteren Querhäuptern, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ständerfenster (6) abgewandten Außenseiten (10) jedes
Ständerholmes (2,3) zur Verringerung der Querschnittsflächen der Ständerholme (2,3) von den Querhäuptern (4,5) ausgehend, in Richtung Ständerfenster (6) zurückweichen, wobei der geringste Ständerholmquerschnitt im mittleren Bereich (11 ) zwischen dem oberen und unteren Querhaupt (4,5) liegt.
1. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung konkav verlaufende Konturen aufweisen.
3. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung kreisbogenförmig verlaufende Konturen aufweisen.
4. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung parabelförmig verlaufende Konturen aufweisen.
5 Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung durch Polygonzüge bescheibbare Konturen aufweisen.
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