[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere eine Stützwalze, zum
Walzen von Flachgut, die aus einem rotierenden Walzmantel mit innerhalb des Walzmantels
angeordneten Mitteln zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels besteht.
[0002] Beim Walzvorgang werden die Walzkräfte durch auf dem Flachgut, beispielsweise Metallband,
aufliegende Arbeitswalzen aufgebracht und müssen dabei möglichst gleichmäßig über
die gesamte Länge der Walze verteilt werden, d.h. die Berührungslinie zwischen dem
Umfang der Walze und dem Band soll geradlinig verlaufen. Diese Geradlinigkeit wird
durch das Walzprodukt gestört, was sich in einer stärker belasteten Zone und Balligkeit
der Walze bemerkbar macht.
[0003] Um dies zu verhindern, werden üblicherweise auf die Arbeitswalzen Stützwalzen aufgelegt,
die ausreichend biegesteif sein müssen. Zur Verhinderung der Balligkeit sind weiterhin
Systeme bekannt, die über Hydraulikmechanismen die Balligkeit einer Walze und im Einzelfall
auch die Abstützbreite verändern. Bei diesen Systemen wird die Balligkeit und gegebenenfalls
auch die Nachgiebigkeit der Walze auf äußere Belastung längs des Ballens mit Hilfe
von Öldruckpolstern und/oder hydraulisch betätigten Stützschuhen beeinflußt und an
die Walzbedingungen angepaßt. Nachteilig sind hier die teilweise sehr aufwendige Hochdruck-Hydraulik
sowie Probleme mit der Dichtigkeit, die in Verschmutzungen des Walzöls oder -emulsion
durch das Hydrauliköl resultiert. Darüber hinaus wird der Einsatzbereich durch die
Baugröße beschränkt, so daß diese Systeme zur Zeit ausschließlich als Stützwalzen
eingesetzt werden können.
[0004] Zur Beeinflussung der Planheit und des Profils beim Walzen von Metallbändern sind
weiterhin Systeme mit verschiebbaren Walzen bekannt. Hierbei wird entweder durch das
partielle Verschieben von mindestens zwei Walzen die Lastverteilung zwischen den Walzen
eingestellt oder der Walzspalt beeinflußt. Das CVC-Verfahren schlagt vor, durch gegensinniges
Verschieben von geeignet konturierten Walzen auf Balligkeiten von Walzen zu reagieren.
[0005] Weiterhin ist es bekannt, auch Mantelwalzen als Stützwalzen einzusetzen, die trotz
des Innenhohlraums hohe Biegesteifigkeiten erreichen. Hierzu schlägt die deutsche
Patentanmeldung 196 37 584.3 vor, die Durchbiegung von Mantelwalzen mit innenliegenden
Gleitlagern zu kompensieren. Es handelt sich beispielsweise um sphärische Gleitlager
auf einer Tragachse bzw. Welle, die abstandsverstell- und festlegbar angeordnet werden
können. Die Gleitlager sind als Ölfilmlager ausgebildet. Als nachteilig erweist es
sich aber, daß die Kompensationszone zwischen den innenliegenden Lagerschalen und
dem Stützwalzenmantel durch die jeweilige Lagerbreite, -zahl und -anordnung vorgegeben
ist. Deshalb kommt dieses System nicht ohne weitere planheitsbeeinflussende Stellglieder
aus.
[0006] Auch die US-Patentschrift 4,407,151 schlägt als Möglichkeit zur Beeinflussung der
Biegesteifigkeit einer Mantelwalze das Einbringen von Stützmitteln in den Hohlraum
vor. Zum Beispiel sollen auf eine Welle aufgebrachte Trägerscheiben an ausgesuchten
Stellen über der Walzlänge angeordnet werden. Die Scheiben selbst können längs des
Hohlraums der Walze durch Druck verschoben werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß
der Walzmantel eine Welle mit Spielpassung aufnimmt. Die Anpassung an das zu bearbeitende
Flachgut wird durch axiale Verschiebung der jeweiligen Wellen von zwei Stützwalzen
erreicht.
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biegesteife Walze zu
schaffen, die eine einfache und schnelle Anpassung an eine Veränderung der Walzbedingungen,
insbesondere der Bandbreite, ermöglicht.
[0008] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Walze nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
[0009] Es wird eine Walze vorgeschlagen, die aus einem rotierenden Walzmantel mit einem
innerhalb des Walzmantels angeordneten Gleitlager in Form eines Rotationskörpers zur
Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels besteht. Dieser Rotationskörper
stellt zu der durch das Walzgut erzeugten Belastungszone des Walzmantels eine Gegenkraft
dar. Durch diese Gegenkraft wird einer Balligkeit der Walze bzw. Arbeitswalzen entgegengewirkt.
[0010] Eine schnelle und optimale Anpassung an die Veränderung der Walzbedingungen wird
erreicht, indem der Rotationskörper so geformt ist, daß eine der beanspruchten Zone
des Walzmantels entsprechende Belastungsfläche Teil der Mantelfläche eines rotationssymmetrischen
Körpers ist und die Berandung dieser Mantelfläche so gestaltet ist, daß längs des
Umfangs des Rotationskörpers Breite und/oder Lage der Belastungsfläche variieren.
[0011] Die Wahl des rotationssymmetrischen Körpers sowie der Berandungsverlauf sind eine
Folge von Berechnungen und in Abhängigkeit von dem zu walzenden Bandbreiten- sowie
dem notwendigen Walzkraftspektrum bestimmbar.
[0012] Die Belastungsfläche ist beispielsweise Teil der Mantelfläche eines Zylinders. Sie
kann auch gewölbt sein, zum Beispiel, indem sie die Kontur eines Ellipsoids oder Paraboloids
beschreibt. Weiterhin ist vorstellbar, daß die Belastungsfläche ein bestimmtes Muster
aufweist.
[0013] Der derart schon angepaßt hergestellte Rotationskörper ist während des Walzvorgangs
selbst durch Drehung einfach und schnell an variierende Metallbandbreiten und somit
Belastungskräfte, die auf die Mantelwalze wirken, anpaßbar.
[0014] Indem der Gleitkörper nicht fest, sondern drehbar gelagert ist und wegen der vorgeschlagenen
geometrischen Form kann die Belastungsfläche in der Kontaktzone mit anderen Walzen
oder dem Walzgut durch Drehung in die Position gebracht werden, in der die Belastungsfläche
des Rotationskörpers etwa der zu bearbeitenden Bandbreite und der daraus resultierenden
Belastungszone im Walzmantel entspricht.
[0015] Um die Anpaßbarkeit des Rotationskörpers zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß der
Rotationskörper im Bereich seiner Belastungsfläche eine Aussparung aufweist, deren
Berandungsverlauf sowie deren Kontur beliebig geformt ist. Ebenso können mehrere Aussparungen
dieser Art vorgesehen sein. Der Berandungsverlauf und die Kontur dieser Aussparungen
werden ebenfalls wie die Berandung der Mantelfläche des Rotationskörpers spezifisch
berechnet. Diese ausgesparten Bereiche als Entlastungsbereiche sind beim gleichzeitigen
Auftreten von Mitten- und Randwellen oder bei Viertelwellen im Band von Vorteil.
[0016] Der Rotationskörper weist Randbereiche auf, die sich an die mittige Belastungsfläche
anschließen. Diese Randbereiche können ebenfalls jede beliebige Form annehmen. Vorteilhafterweise
nimmt der Umfang der Randbereiche zu den Enden des Rotationskörpers hin ab, beispielsweise
kegelstumpfförmig. Die Form der Randbereiche muß aber nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch
sein.
[0017] Eine Ausführungsform schlägt vor, daß ein einziger Rotationskörper von der Mantelwalze
aufgenommen wird. Es ist auch vorstellbar, daß innerhalb des Hohlraumes mehrere nebeneinander
angeordnete Rotationskörper vorgesehen sind, die jeweils einzeln oder zusammen durch
Drehung an die Walzbedingungen angepaßt werden können.
[0018] Weiterhin kann bevorzugt ein Rotationskörper verwendet werden, der sich aus mehreren
Teilbereichen zusammensetzt, die passend ineinandergreifen oder voneinander weg bewegbar
sind.
[0019] Vorteilhafterweise kommt die vorgeschlagene Walze als Stützwalze zur Anwendung. Hierbei
sind beispielsweise Quarto-und andere Mehrwalzengerüste denkbar.
[0020] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung, in der das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Ansicht des vorgeschlagenen Rotationskörpers;
- Figur 2
- die obere Hälfte eines Quarto-Walzensatzes mit einer Stützwalze, bestehend aus dem
Rotationskörper nach Figur 1 und einem Walzenmantel;
- Figur 3
- eine Darstellung des Walzspaltprofils über der Bandbreite beim Walzvorgang mit der
Stützwalzenlagerung nach Figur 3;
- Figur 4
- eine Darstellung des Walzspaltprofils über der Bandbreite beim Walzvorgang mit konventioneller
Stützwalzenlagerung;
- Figur 5
- eine Darstellung der Lastverteilung zwischen dem Rotationskörper und dem Walzmantel
über der Bandbreite.
[0021] Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Rotationskörpers 1, während
in Figur 2 schematisch der Einbau des Rotationskörpers 1 in der Stützwalze eines Quarto-Walzgerüstes
dargestellt ist.
[0022] Der Rotationskörper 1 weist eine mittige Belastungsfläche 2 auf, die Teil der Mantelfläche
eines rotationssymmetrischen Körpers, bei dieser speziellen Ausführungsform eines
Zylinders, ist. Die Berandung dieser Mantelfläche 2 ist mit 4 bezeichnet. Der Randverlauf
ist eine Folge des Produktprogramms und wird individuell berechnet. Bei dieser Ausführungsform
beschreiben die Ränder 4 der abgerollten Mantelfläche jeweils eine Sinuskurve. Dies
bewirkt, daß der Abstand der Ränder voneinander über den Umfang des Rotationskörpers
zunimmt (Abstand a) und wieder abnimmt (Abstand b).
[0023] Der Rotationskörper weist neben der mittigen Belastungszone 2 jeweils sich anschließende
Randbereiche 3 auf. In dem gezeigten Beispiel sind diese Randbereiche 3 schief an
den zylindrischen Mittenbereich 2 geschnitten und kegelstumpfförmig. Der Zylinder
2 und die schief geschnittenen Randbereiche 3 weisen die gleiche Rotationsachse auf.
[0024] Im rückwärtigen Bereich der Belastungsfläche 2 des Rotationskörpers ist eine Aussparung
10 vorgesehen (gestrichelte Linie), die in den Rotationskörper beispielsweise durch
Fräsen eingebracht werden kann. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt
die Aussparung einen tropfenförmigen Randverlauf 11. Die Kontur der Aussparung 10
im Inneren des Rotationskörpers ist nicht dargestellt, sie kann jeden beliebigen Verlauf
annehmen.
[0025] Figur 2 zeigt schematisch den vorgeschlagenen Rotationskörper 1 als Gleitlager in
einem aufgeschnittenen Walzmantel 5, der sich rotierend auf einer Arbeitswalze 6 bewegt,
während der Rotationskörper in einem vorgegebenen Drehwinkel arretiert ist. Die Arbeitswalze
6 liegt auf dem zu walzenden Metallband 8.
[0026] Beim Walzvorgang wirken sich die Belastungen durch das Walzgut nachteilig auf die
Balligkeit der Arbeitswalze 6 und somit wieder auf die Planheit des Metallbandes 8
aus. Die durch das Walzgut erzeugte Belastungszone und die Ausbauchung der Arbeitswalze
6 erfahren eine Gegenkraft durch die Stützwalze, insbesondere durch den Rotationskörper
1. Der Rotationskörper 1 wird durch Drehung so ein- und festgestellt, daß die für
die auftretenden Kräfte optimale Belastungsfläche 2 des Rotationskörpers mit der Lastzone
9 zum Einsatz kommt.
[0027] Figur 3 zeigt das Walzspaltprofil beim Walzen eines 800 mm breiten Metallbandes in
einem Quarto-Gerüst [2000 mm x 420 mm (AW) 1500 mm (SW)]. Es kam eine nach dem oben
beschriebenen Prinzip arbeitende Stützwalze zum Einsatz. Die Breite der Belastungsfläche
wurde 30 mm schmaler als die Bandbreite gewählt. Als Folge des Einsatzes der erfindungsgemäßen
Walze stellt sich ein nahezu kastenförmiges Walzspaltprofil ein ohne Hinzuziehung
eines anderen walzspaltprofilbeeinflussenden Hilfsmittels wie Walzbiege- oder verschiebesysteme.
[0028] Figur 4 zeigt im Vergleich die Walzspaltprofile beim Walzprozeß mit konventioneller
Stützwalzenlagerung, deren Balligkeitsbeeinflussung für ein 1200 mm breites Band optimiert
ist. Es ist ersichtlich, daß die Walzspaltprofile weniger kastenförmig und damit ungünstiger
verlaufen.
[0029] Figur 5 stellt die Lastverteilung zwischen dem Rotationskörper und dem Walzmantel
über der Bandbreite, hier 800 mm, dar. Die eingestellte Belastungsflächenbreite beträgt
770 mm.
[0030] Durch einen geeignet gewählten Durchmesserverlauf und Wölbung der Mantelfläche des
Rotationskörpers stellt sich ein gleichmäßiger Lastverlauf zwischen der Belastungsfläche
und dem rotierenden Walzmantel ein. Dieser gleichmäßige Lastverlauf ist gleichbedeutend
mit einer nahezu konstanten Ölfilmdicke im Gleitlager und vermeidet unerwünschte Berührungen
der Gleitlageroberflächen. Im vorliegenden Fall entsprach die hierfür notwendige Formgebung
des Mittenstücks des Rotationskörpers einer konventionellen Balligkeit von 0,4 mm
Durchmesserdifferenz längs des Ballens (bez. auf 2000 mm). Das Mittenstück des Rotationskörpers,
d.h. die Belastungsfläche ist parabolisch-tonnenförmig.
[0031] Nicht nur die Änderung der Bandbreite läßt sich mit Hilfe der vorgeschlagenen Walze
kompensieren, sondern auch die Auswirkungen veränderlicher Walzkräfte. Durch Drehung
des Rotationskörpers und daraus resultierender Einstellung der Belastungsfläche wird
es möglich, auf verschiedene Walzkräfte zu reagieren und ein gewünschtes kastenförmiges
Walzspaltprofil sowie gleichmäßige Lagerbelastungen zu erzeugen.
1. Walze, bestehend aus einem rotierenden Walzmantel mit innerhalb des Walzmantels angeordneten
Mitteln zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels ,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei diesem Mittel um ein Gleitlager in Form eines Rotationskörpers (1)
handelt, der drehbar einstellbar und so geformt ist, daß seine der beanspruchten Zone
des Walzmantels entsprechende Belastungsfläche (2) Teil der Mantelfläche eines rotationssymmetrischen
Körpers ist und die Berandung (4) dieser Mantelfläche so gestaltet ist, daß längs
des Umfangs des Rotationskörpers Breite und/oder Lage der Belastungsflache variieren.
2. Walze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotationskörper im Bereich seiner Belastungsfläche (2) eine Aussparung (10)
aufweist, deren Berandungsverlauf sowie deren Innenkontur beliebig geformt ist.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotationskörper (1) sich an die Belastungsfläche (2) anschließende Randbereiche
(3) aufweist, deren Umfang zu den Enden hin abnimmt.
4. Walze nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Randbereiche (3) kegelstumpfförmig sind.
5. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere nebeneinander angeordnete Rotationskörper (1) innerhalb des Walzmantels
(5) vorgesehen sind.
6. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Rotationskörper aus mehreren Teilbereichen zusammensetzt, die passend
ineinandergreifen oder voneinander weg bewegbar sind.
7. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walze zur Anwendung als Stützwalze in einem Quarto-oder beliebigen Mehrwalzengerüst
zum Walzen von Bandmaterial kommt.