WO2024028156A1 - Walzwerksanordnung zur übertragung hoher drehmomente - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Walzwerksanordnung (1) umfassend zwei Gelenkwelle (4, 5) die jeweils mit einer Antriebsvorrichtung (13, 14) verbunden sind, wobei das erste walzenseitige Gelenk (6) einen ersten Abstand (10) zur ersten Arbeitswalze (2) aufweist und das zweite walzenseitige Gelenk (7) einen zweiten Abstand (11) zur zweiten Arbeitswalze (3) aufweist, wobei der erste und der zweite Abstand (10, 11) um 0,5 m bis 4 m unterschiedlich sind, und bei zumindest einer Gelenkwelle (4, 5) eine Vorrichtung zur Längenänderung (12) zwischen walzenseitigem Gelenk (6,7) und Arbeitswalze (2, 3) angeordnet ist.
Description
Walzwerksanordnung zur Übertragung hoher Drehmomente
Die Erfindung betrifft eine Walzwerksanordnung umfassend eine erste Arbeitswalze und eine zweite Arbeitswalze, wobei die Arbeitswalzen jeweils mit einer Gelenkwelle verbunden sind, die wiederum jeweils mit einer Antriebsvorrichtung verbunden sind, wobei die beiden Gelenkwellen jeweils ein walzenseitiges Gelenk und ein antriebsseitiges Gelenk umfassen.
Aus dem Stand der Technik ist die EP 3227578 B1 bekannt, die eine Gelenkwelle beschreibt, die in ihrer Länge teleskopartig ändern kann. Eine Nutzung in einer Walzengerüst mit zwei Gelenkwellen und entsprechenden Vorkehrungen zum Betrieb von nebeneinander angeordneten Gelenkwellen ist nicht beschrieben.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die JP 2013 136070 bekannt, die zwei parallel angeordneten Gelenkwellen beschreibt, die jeweils eine Vorrichtung zur Längenänderung umfassen, wobei die Vorrichtungen zur Längenänderung ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die DE 10316261 bekannt, die ebenfalls zwei Gelenkwellen mit Wellenzapfen zur Längenänderung zeigt. Auch hier sind die Vorrichtungen zur Längenänderung parallel zueinander angeordnet.
Die walzenseitigen Gelenke können bei einer Anordnung, wie im Stand der Technik bekannt, bei der die walzenseitigen Gelenke unmittelbar übereinander angeordnet sind, maximal den gleichen Durchmesser wie die Arbeitswalzen aufweisen, da die Ober- und Unterwalze beim Walzen dünner Bleche und beim Kalibrieren nur einen minimalen oder gar keinen Walzspalt aufweisen. Aufgrund dieser Limitierung haben walzenseitigen Gelenke das größte Ausfallrisiko. Bei einer versetzten Anordnung der Gelenke werden im Stand der Technik entsprechende Wellenstücke verwendet, sogenannte „Spacer“ um Platz für die Gelenke zu schaffen, wobei die Walzenanordnung insgesamt länger wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders kompakte Walzwerksanordnung mit verbesserter Drehmomentkapazität der Gelenkwellen bereitzustellen, um große Drehmomente von dem Antrieb an die Arbeitswalzen übertragen zu können. Die Gelenkwellen haben meist an den walzenseitigen Gelenken das größte Ausfallrisiko, es ist daher auch die Aufgabe der Erfindung eine Walzwerksanordnung bereitzustellen, die einen Einbau von walzenseitigen Gelenken mit einer größeren Drehmomentkapazität erlauben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Walzwerksanordnung ausgeführt, wobei das erste walzenseitige Gelenk einen ersten Abstand zur ersten Arbeitswalze aufweist und das zweite walzenseitige Gelenk einen zweiten Abstand zur zweiten Arbeitswalze aufweist, wobei der erste und der zweite Abstand um 0,5 m bis 4 m unterschiedlich sind, und wobei bei zumindest einer Gelenkwelle eine Vorrichtung zur Längenänderung zwischen walzenseitigem Gelenk und Arbeitswalze angeordnet ist. und bei der anderen Gelenkwelle eine weitere Vorrichtung zur Längenänderung zwischen walzenseitigem Gelenk und antriebsseitigem Gelenk angeordnet ist.
Der unterschiedliche Abstand ermöglicht vorteilhaft, dass die Gelenke nebeneinander angeordnet werden können. Die Gelenke der Gelenkwelle benötigen eine größere Bauform im Vergleich zu Wellen und/oder Vorrichtungen zur Längenänderung, um das gleiche Drehmoment zu übertragen, ohne die eigene Belastungsgrenze zu überschreiten. Im Stand der Technik werden die Gelenke parallel angeordnet, so kann der Gelenk-Durchmesser nicht größer als der Walzendurchmesser werden, da die beiden walzenseitigen Gelenke sonst kollidieren.
Durch Verwendung einer Welle oder Vorrichtung zur Längenänderung mit einem geringeren Durchmesser, verglichen mit dem Arbeitswalzen-Durchmesser, entsteht so Platz, um ein größeres walzenseitiges Gelenk anzuordnen. Die Verwendung einer Vorrichtung zur Längenänderung ist bei der Gelenkwelle wichtig, um Veränderungen der Walzenposition zu kompensieren, ohne dass diese als Zwangskräfte an den Antrieb weitergegeben werden. Die Längenänderungen in den Arbeitswalzen des Walzgerüstes können durch thermische Ausdehnungen entstehen. Zudem ist ein aktives Verschieben der Arbeitswalzen entlang der Drehachse möglich, insbesondere um Schrägstellungen und Dickenunterschiede über die Breite des Walzgutes während des Walzprozesses auszugleichen.
Eine Vorrichtung zur Längenänderung kann dabei entlang der Achse teleskopartig die Länge unter Last oder im lastfreien Zustand verändern. Die Vorrichtung zu Längenänderung ist auch als Teleskopfunktion, Teleskopwelle oder Längenausgleich bekannt.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei die Vorrichtung zur Längenänderung an der unteren Gelenkwelle zwischen unterem walzenseitigem Gelenk und unterer Arbeitswalze angeordnet ist.
Durch die Länge der Vorrichtung zur Längenänderung, ihr Eigengewicht, das Gewicht von Gelenkwelle und/oder das Gewicht des walzenseitigen Gelenkes, kommt es zu einem Biegemoment, und daraus folgenden Matenalbelastungen, insbesondere an der Anschlussnabe, wo die Vorrichtung zur Längenänderung außerhalb der beiden Gelenke zwischen Arbeitswalze und walzenseitigem Gelenk angeordnet ist. Die Biegung erfolgt dabei in Richtung der Schwerkraft.
Diese Biegung kann nachteilig für die Matenalbeanspruchung Anschlussvorrichtung zwischen walzenseitigem Gelenk und Arbeitswalze und/oder der Vorrichtung zur Längenänderung sein. Eine weitere vorteilhafte Wirkung der Anordnung an der unteren
Welle ist eine bessere Zugänglichkeit und die Möglichkeit zur Unterstützung eine Stützvorrichtung anbringen zu können.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung wobei die Vorrichtung zur Längenänderung mittels einer Stützvorrichtung gestützt wird.
Eine Stützvorrichtung kann dabei vorteilhaft der Beschriebenen Biegung entgegenwirken. Die Stützvorrichtung umfasst dabei vorteilhaft eine Walze, die gegen die Oberfläche der Vorrichtung zur Längenänderung gepresst wird, wobei die Press- Kraft derart gewählt wird, dass eine Biegung zumindest weitgehend kompensiert wird. Dies Stützvorrichtung kann dabei auch eine Mehrzahl von Walzen enthalten, welche gemeinsam die Stützfunktion ausüben und die Vorrichtung zur Längenänderung ggf. auch seitlich oder komplett umfänglich auf er Drehachse führen. Weiterhin können auch mehrere Stützwalzen in Achsrichtung hintereinander angeordnet werden, um die Stützfunktion gleichmäßig zu verstärken. Die Stützvorrichtung ist vorteilhaft als Stützspindel ausgeführt, und umfasst vorteilhaft zumindest ein Wälzlager, um die eingeleiteten Stützkräfte aufzunehmen. Die Walzen der Stützspindel sind dabei vorteilhaft kleiner als die Presswalzen der Walzwerksanordnung, und haben üblicherweise einen Durchmesser von 10 - 40 % der Presswalzen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei die Walzwerksanordnung eine weitere Vorrichtung zum Längenänderung umfasst, wobei die weitere Vorrichtung zum Längenänderung zwischen den beiden Gelenken derjenigen Gelenkwelle angeordnet ist, die über keine Vorrichtung zur Längenänderung zwischen walzenseitigem Gelenk und Arbeitswalze verfügt.
Wie im Stand der Technik bekannt ist es üblich, dass in den der Walzwerksanordnung beide Gelenkwellen über eine Vorrichtung zum Längenausgleich verfügen. Im Unterschied zum Stand der Technik wird hier jedoch nur eine dieser Vorrichtungen zur Längenänderung zwischen den Gelenken der Gelenkwelle angeordnet.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei zumindest eines der walzenseitigen Gelenke einen um 3 % bis 30 % größeren Durchmesser aufweist, im Vergleich zu dem Durchmesser der verbundenen Arbeitswalze.
Der Durchmesser der Gelenke bezeichnet dabei das größte Ausmaß des Gelenkes senkrecht zu zumindest einer Drehachse, den Hüllkreis. Bei Gelenkwellen kann der Durchmesser durch ein Auslenken der Gelenkwelle theoretisch vergrößert werden, da durch die Auslenkung ein Teil des Gelenkes einer anderen Rotationsachse folgt und so in einer Richtung einen größeren Raum in Anspruch nimmt, was aber üblicherweise durch entsprechende Formgebung der Gelenkgabeln durch Abrunden zentrisch zum Drehpunkt des Gelenkes vermieden wird.
Der Walzenspalt umfasst ist in der Verlängerung als gedachte Linie der sogenannten Pass-Line, die die Auflagefläche des Bereiches kennzeichnet, durch den das Walzgut die Walzwerksanordnung passiert. Zumindest ein Walzenseitiges Gelenk, vorzugsweise das untere, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung über die Pass-Line hinausragen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei der Durchmesser (DG) der walzenseitigen Gelenke im Bereich 40 cm bis 150 cm ausgeführt ist, wobei die Gelenkwelle geeignet ist ein Drehmoment von 200 knm bis 15.000 knm zu übertragen.
Eine Walzwerksanordnung mit hoher Drehmomentkapazität der Gelenkwellen bereitzustellen, kann durch größere Gelenke erreicht werden. Der konstruktive Aufwand und die größeren Gelenke sind dabei allerdings wirtschaftlich nur sinnvoll, wenn die Walzwerksanordnung große Drehmomente übertragen muss. Dies ist insbesondere bei Walzwerken für die Metallbearbeitung und/oder Blechherstellung der Fall. Besonders vorteilhaft ist daher der Einsatz bei Drehmomenten von 400 - 15.000 knm, und Durchmessern im Bereich 50 - 130 cm.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei beide Gelenkwellen jeweils mittels zumindest einer Stützvorrichtung gestützt werden.
Der Einsatz von zumindest einer Stützspindel kann Biegung reduzieren oder zumindest das Biegemoment an den Anschlussnaben reduzieren. Eine Anordnung von mehreren Stützspindeln an den Gelenkwellen kann zudem voreilhaft sein, um auch die Anschlussnabe und die Gelenklager aller Gelenkwellen von hohen Gewichtskräften, und den daraus resultierenden Biegemomenten zu entlasten.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei die Vorrichtung zur Längenänderung einen inneren Wellenkörper und eine äußere Nabe umfasst, wobei der Wellenkörper eine Verzahnung aufweist und die Nabe eine Gegenverzahnung.
Der Aufbau der Vorrichtung zur Längenänderung soll eine möglichst reibungsarme teleskopartige Längenänderung ermöglichen, wobei gleichzeitig eine effiziente und Übertragung großer Drehmomente gewährleistet werden muss. Die Längenänderung darf zusätzlich vorteilhaft nur wenig Spiel erlauben, dabei hat sich eine Verzahnung parallel zur Drehachse als besonders vorteilhaft erwiesen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei die Gelenkwellen Kreuz- Gelenke umfassen. Weiterhin vorteilhaft ist eine Walzwerksanordnung, wobei die Gelenkwellen Flachzapfen-Gelenke oder Zahnkupplungsgelenke umfassen.
Je nach Ausführungsgröße der Erfindung sind die Gelenke vorteilhaft entweder als Kreuzgelenke, als Flachzapfengelenke oder als Zahnkupplungsgelenke auszuführen. Andere Arten der Kardanwellen halten den Belastungen einer Walzwerksanordnung zur Metallbearbeitung nicht stand.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Eine schematische Darstellung des Stands der Technik
Fig.2 Eine schematische Darstellung mit Aspekten der Erfindung
Figur 1 zeigt eine nicht maßstäbliche schematische Darstellung eine Walzwerksanordnung 1 aus dem Stand der Technik. Das Walzwerk umfasst eine erste Arbeitswalze 2 und eine zweite Arbeitswalze 3 die geeignet sind Walzgut, insbesondere Metallwerkstücke in einem Walzenspalt zu walzen. Der Walzenspalt ist in der Verlängerung als gestrichelte Linie der sogenannten Pass-Line 21 dargestellt. Die Arbeitswalzen 2,3 sind mittels erster Gelenkwelle 4 und zweiter Gelenkwelle 5 mit der ersten Antriebsvorrichtung 13 und der zweiten Antriebsvorrichtung 14 verbunden. Die Gelenkwellen umfassen dabei jeweils ein Walzenseitiges Gelenk 6,7, eine Vorrichtung zur Längenänderung 12 und ein antriebsseitiges Gelenk 8,9. Dabei ist bei beiden Gelenkwellen 4,5 die Vorrichtung zur Längenänderung 12 zwischen walzenseitigem Gelenk 6,7 und an Antriebsseitigem Gelenk 8,9 angeordnet. Kein Teil der Gelenkwelle 4,5 kann dabei über die Pass-Line hinausragen, da es sonst zu einer Kollision der Gelenkwellen kommen würde. Alle Gelenke haben einen kleineren Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Arbeitswalzen 2,3.
Figur 2 zeigt eine nicht maßstäbliche schematische Darstellung eine Walzwerksanordnung 1 mit Merkmalen der Erfindung. Das Walzwerk umfasst eine erste Arbeitswalze 2 und eine zweite Arbeitswalze 3 die geeignet sind Walzgut, insbesondere Metallwerkstücke in einem Walzenspalt zu walzen. Der Walzenspalt ist in der Verlängerung als gestrichelte Linie der sogenannten Pass-Line 21 dargestellt. Die Arbeitswalzen 2,3 sind mittels erster Gelenkwelle 4 und zweiter Gelenkwelle 5 mit der ersten Antriebsvorrichtung 13 und der zweiten Antriebsvorrichtung 14 verbunden. Die Gelenkwellen umfassen dabei jeweils ein Walzenseitiges Gelenk 6,7, eine Vorrichtung zur Längenänderung 12 und ein antriebsseitiges Gelenk 8,9. Bei der ersten Gelenkwelle 4 ist das erste walzenseitige Gelenk 6 in einem ersten Abstand 10 mit der ersten Arbeitswalze 2 verbunden. Die zweite Arbeitswalze 3 ist zunächst mit einer Vorrichtung zur Längenänderung 12 und dann mit dem zweiten Walzenseitigen Gelenk 7. Optional ist die Walzwerksanordnung 1 in Bezug zur Schwerkraft g wie bildlich
dargestellt angeordnet, wobei die zweite Gelenkwelle 5 dann die unteren Gelenkwelle 16 ist. Analog ist das zweite walzenseitige Gelenk 7 dann das untere walzenseitige Gelenk 17 und die zweite Arbeitswalze 3 die untere Arbeitswalze 18. Die Vorrichtung zur Längenänderung, die zwischen zweiter Arbeitswalze 3, 18 und walzenseitigem Gelenk 7,17 angeordnet ist, wird in der Figur 2 mittels einer Stützvorrichtung 15 gestützt. Die Stützvorrichtung 15 ist dabei lediglich als aktive Stützwalze dargestellt, kann aber zumindest eine Lagerung, insbesondere mittels Wälzlager und eine Halterung, insbesondere eine verstellbare Halterung umfassen. Die Stützvorrichtung kann auch nicht bildlich dargestellt mehrere Stützwalzen oder Stützspindeln umfassen, wobei die Drehachsen der Stützvorrichtung 15 parallel zu der Drehachse der Arbeitswalze bzw. der gestützten Vorrichtung zur Längenänderung 12 verläuft. Der zweite Abstand 11 ist dargestellt als Abstand zwischen zweiter bzw. unterer Arbeitswalze 3,18 und dem walzenseitigen bzw. unteren Gelenk 7,17. Durch die versetzte Anordnung der beiden walzenseitigen Gelenke 6,7 entsteht ausreichend Platz, dass die walzenseitigen Gelenke 6,7 über die Pass-Line 21 hinausragen können, ohne mit der jeweils anderen Gelenkwelle in Kollision zu geraten.
Bezugszeichenliste
1 Walzwerksanordnung
2 erste Arbeitswalze
3 zweite Arbeitswalze
4 erste Gelenkwelle
5 zweite Gelenkwelle
6 erstes walzenseitiges Gelenk
7 zweites walzenseitiges Gelenk
8 erstes antriebsseitiges Gelenk
9 zweites antriebsseitiges Gelenk
10 erster Abstand
11 zweiter Abstand
12 Vorrichtung zur Längenänderung
13 erste Antriebsvorrichtung
14 zweite Antriebsvorrichtung
15 Stützvorrichtung
16 untere Gelenkwelle
17 unteres walzenseitiges Gelenk
18 untere Arbeitswalze
19 Wellenkörper
20 Nabe
21 Pass-Line g Schwerkraft
DG Gelenk-Durchmesser
Dw Walzen-Durchmesser
Claims
1 . Walzwerksanordnung (1 ) umfassend eine erste Arbeitswalze (2) und eine zweite Arbeitswalze (3), wobei die Arbeitswalzen (2, 3) jeweils mit einer Gelenkwelle (4, 5) verbunden sind, die wiederum jeweils mit einer Antriebsvorrichtung (13, 14) verbunden sind, wobei die beiden Gelenkwellen (4, 5) jeweils ein walzenseitiges Gelenk (6, 7) und ein antriebsseitiges Gelenk (8, 9) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste walzenseitige Gelenk (6) einen ersten Abstand (10) zur ersten Arbeitswalze (2) aufweist und das zweite walzenseitige Gelenk (7) einen zweiten Abstand (11 ) zur zweiten Arbeitswalze (3) aufweist, wobei der erste und der zweite Abstand (10, 11 ) um 0,5 m bis 4 m unterschiedlich sind, und wobei bei zumindest einer Gelenkwelle (4, 5) eine Vorrichtung zur Längenänderung (12) zwischen walzenseitigem Gelenk (6, 7) und Arbeitswalze (2, 3) angeordnet ist und bei der anderen Gelenkwelle (4, 5) eine weitere Vorrichtung zur Längenänderung (12) zwischen walzenseitigem Gelenk (6, 7) und antriebsseitigem Gelenk (8, 9) angeordnet ist.
2. Walzwerksanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Längenänderung (12) an der unteren Gelenkwelle (16) zwischen unterem walzenseitigem Gelenk (17) und unterer Arbeitswalze (18) angeordnet ist.
3. Walzwerksanordnung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorrichtung zur Längenänderung (12) mittels einer Stützvorrichtung (15) gestützt wird.
4. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzwerksanordnung (1 ) eine weitere Vorrichtung zum Längenänderung (12) umfasst, wobei die weitere Vorrichtung zum Längenänderung (12) zwischen den beiden Gelenken (6, 8 oder 7, 9) derjenigen Gelenkwelle (4, 5) angeordnet ist, die über keine
Vorrichtung zur Längenänderung (12) zwischen walzenseitigem Gelenk (6, 7) und Arbeitswalze (2, 3) verfügt. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der walzenseitigen Gelenke (6, 7) einen um 3 % bis 30 % größeren Durchmesser (DG) aufweist, im Vergleich zu dem Durchmesser (Dw) der verbundenen Arbeitswalze (2, 3). Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DG) der walzenseitigen Gelenke im Bereich 40 cm bis 150 cm ausgeführt ist, wobei die Gelenkwelle (4, 5) geeignet ist ein Drehmoment von 200 knm bis 15.000 knm zu übertragen. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gelenkwellen (4, 5) jeweils mittels zumindest einer Stützvorrichtung (15) gestützt werden. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Längenänderung (11 ) einen inneren Wellenkörper (19) und eine äußere Nabe (20) umfasst, wobei der Wellenkörper (19) eine Verzahnung aufweist und die Nabe (20) eine Gegenverzahnung. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkwellen (4, 5) Kreuz-Gelenke umfassen. Walzwerksanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkwellen (4, 5) Flachzapfen- Gelenke oder Zahnkupplungsgelenke umfassen.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23751262 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |