Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit einem CVC-Walzenpaar, vorzugsweise einem CVC-Arbeitswalzenpaar und einem Stützwalzenpaar, die einen Kontaktbereich aufweisen, in dem ein horizontal wirkendes Moment wirkt, das zu einer Verschränkung der Walzen und dadurch zu Axialkräften in den Walzenlagern führt.

Die EP 0 049 798 B1 beschreibt ein Walzwerk mit Arbeitswalzen, die sich gegebenenfalls an Stützwalzen oder Stützwalzen und Zwischenwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen gegeneinander axial verschiebbar sind und jede Walze wenigstens eines dieser Walzenpaare mit einer in Richtung zu einem Ballenende hin verlaufenden, gekrümmten Kontur versehen ist, die sich an den beiden Walzen jeweils nach entgegengesetzten Seiten über einen Teil der Walzgutbreite erstreckt. Hierbei wird der Walzbandquerschnitt praktisch ausschließlich durch die Axialverschiebung der mit der gekrümmten Kontur versehenen Walzen beeinflusst, so dass sich der Einsatz einer Walzenbiegung erübrigt. Die gekrümmte Kontur beider Walzen verläuft über deren gesamte Ballenlänge und hat eine Gestalt, die sich in einer bestimmten Axialstellung beider Walzen komplementär ergänzt.

Aus der EP 0 294 544 B1 sind Walzenformen bekannt, deren Kontur durch ein Polynom fünfter Ordnung beschrieben ist. Diese Walzenform gestattet noch weitergehende Korrekturen des Walzbandes.

Um Lagerkräfte und schief wirkende Walzkräfte beträchtlich zu minimieren, wird in der JP-A-61-296904 vorgeschlagen, die Konturen der Arbeitswalzen mit einer solchen Krümmung zu versehen, dass sie eine parallel zur Walzenachse verlaufende Linie dreimal schneidet. Die gekrümmten Konturen erstrecken sich dabei an beiden Walzen jeweils so nach entgegengesetzten Seiten, dass der aus beiden Walzen gebildete Gesamtdurchmesser über die gesamte Walzenlänge gleich bleibt.

In den vorgenannten Dokumenten wird jedoch nicht beachtet, dass beim Walzvorgang mit CVC-Walzen nicht nur die Walzspaitform und der Profilstellbereich eine Rolle spielen. Insbesondere der Bauaufwand der Walzenlager wird durch Axialkräfte der Walzen beeinflusst, die beim Einsatz einer ungeeigneten Schliff-Form entstehen können.

Bedingt durch den - wenn auch kleinen - Durchmesserunterschied über der Ballenlänge einer CVC-Walze ergeben sich unterschiedliche Kontaktkräfte und Umfangsgeschwindigkeiten.

An den Stellen der gepaarten Walzen, die gleichen Durchmesser aufweisen, sind deren Umfangsgeschwindigkeiten gleich. An den anderen Stellen des Walzenkontaktbereichs sind der Durchmesser und damit die Umfangsgeschwindigkeit einer Walze jeweils kleiner oder größer als deren gepaarte Walze. Daraus ergibt sich je nach Festlegung der Koordinatenrichtung ein negativer oder positiver Geschwindigkeitsunterschied zwischen den gepaarten Walzen über deren Kontaktbereich.

Die unterschiedlich großen und unterschiedlich gerichteten Relativgeschwindigkeiten führen zu unterschiedlich großen und unterschiedlich gerichteten Umfangs-kräften. Diese Verteilung der Walzenumfangskräfte verursacht ein Moment um die Gerüstmitte, das zum Schränken der Walzen und damit zu Axialkräften in den Walzenlagern führen kann.

Aus der JP-A-6-285518 ist es bekannt, die Kontur von gegeneinander axial verschiebbaren Arbeitswalzen nach einem Polynom höherer Ordnung auszubilden, wobei der höchste Term die Distanz von der Walzenmitte in Richtung der Walzenachsen und drei weitere Terme die Punktsymmetrie betreffen. Die Konturen der Arbeitwalzen sind dabei so ausgebildet, dass die Integration des Produkts aus dem Walzenradius und der Distanz von der Walzenmitte in Richtung der Walzenachsen über die gesamte Kontaktlänge mit einer anderen Walze, beispielsweise einer Stützwalze, den Wert Null ergeben. Durch eine derartige Kontur der Arbeitswalzen können auftretenden Lagerkräfte, die u. a. durch die Schiefstellung der Arbeitwalzen erzeugt werden, erniedrigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Walzgerüst Maßnahmen anzugeben, durch die die Axialkräfte der Walzenlager minimiert werden. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Allein durch Änderung der Formgebung der CVC-Walzen können die in horizontaler Richtung wirkenden Momente ohne Zusatzaufwand minimiert werden.

Eine geeignete Änderung der Formgebung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Radiusverlauf der CVC-Walze durch den Polynomansatz$${\text{R(x) = a}}_{\text{0}}{\text{+ a}}_{\text{1}}{\text{• x + a}}_{\text{2}}{\text{• x}}^{\text{2}}{\text{+......+ a}}_{\text{n}}{\text{• x}}^{\text{n}}$$ beschrieben und vorzugsweise der sogenannte Keilfaktor a₁ als Optimierungsparameter verwendet ist. Die Kontur einer CVC-Walze wird definiert durch ein Polynom dritter Ordnung:$${\text{R(x) = a}}_{\text{0}}{\text{+ a}}_{\text{1}}{\text{x + a}}_{\text{2}}{\text{x}}^{\text{2}}{\text{+ a}}_{\text{3}}{\text{x}}^{\text{3}}$$ mit

• L = Radius der CVC-Walze
• a_i = Polynomkoeffizienten
• x = Koordinate in Ballen-Längsrichtung

Bei CVC-Walzen höherer Ordnung werden noch weitere Polynomglieder (a₄, a₅, etc.) berücksichtigt.

Der Polynomkoeffizient a₀ ergibt sich durch den aktuellen Walzenradius. Die Polynomkoeffizienten a₂, a₃ sowie a₄ a₅, etc. werden so festgelegt, dass sich der gewünschte Stellbereich für das CVC-System ergibt. Der Polynomkoeffizient a₁ ist unabhängig von Stellbereich und Linienbelastung zwischen den Walzen und somit frei wählbar. Dieser Keilfaktor bzw. Linearanteil a₁ kann so gewählt werden, dass beim Einsatz von CVC-Walzen minimale Axialkräfte entstehen.

Aus Gründen der Praktikabilität wird der optimale Keilfaktor a₁ offline und als Mittelwert aus verschiedenen Schiebepositionen der CVC-Walzen (z. B. minimale, neutrale und maximale Schiebeposition) bestimmt. Durch die Mittelwertbildung wird zwar keine vollständige Kompensation der Axialkräfte der Walzenlager erreicht, aber ein im gesamten Verstellbereich der Walzen minimaler Wert derselben.

Bei optimierter Keiligkeit des CVC-Schliffs verlaufen die Tangenten, die einen Enddurchmesser an der konkaven Seite der Walze und die konvexe Partie der Walze berühren und die Tangente, die den anderen Enddurchmesser (an der konvexen Seite der Walze) und die konkave Partie der Walze berühren, zueinander parallel und gegenüber den Walzenachsen um den optimalen Keilwinkel geneigt. Bei konventionell geschliffenen CVC-Arbeitswalzen, die mit dem Ziel kleinster Durchmesserdifferenzen ausgelegt wurden, verlaufen diese Tangenten dagegen auch parallel zur Walzenachse.

Aufgrund mathematischer Überlegungen und empirischer Daten hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Keilfaktor a₁ für eine Walze mit einem Polynomansatz 3. Ordnung im Bereich von$${\text{a}}_{\text{1}}\text{= -}\frac{\text{1}}{\text{20}}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{5}}{\text{20}}{\text{• a}}_{\text{3}}{\text{• b}}^{\text{2}}{}_{\text{cont}}$$ liegt.

Entsprechende Überlegungen führen dazu, dass der Keilfaktor a₁ für eine Walze mit einem Polynomansatz 5.Ordnung durch den Ausdruck$${\text{a}}_{\text{1}}{\text{= f}}_{\text{1}}{\text{• a}}_{\text{3}}{\text{• b}}^{\text{2}}{}_{\text{cont}}{\text{+ f}}_{\text{2}}{\text{• a}}_{\text{5}}{\text{• b}}^{\text{4}}{}_{\text{cont}}$$ beschreibbar ist, mit$${\text{f}}_{\text{1}}\text{=-}\frac{\text{1}}{\text{20}}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{5}}{\text{20}}$$ und$${\text{f}}_{\text{2}}\text{= 0}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{7}}{\text{112}}$$

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1a, 1b und 1c

ein CVC-Arbeitswalzenpaar in unterschiedlicher Verschiebeposition und mit Stützwalzen sowie die Linienlastverteilung im Walzspalt und zwischen den Walzen,

Fig. 2

Umfangskraftverteilung im Kontaktbereich zweier Walzen,

Fig. 3

CVC-Arbeitswalzenpaar mit konventionellem Schliff,

Fig. 4

CVC-Arbeitswalzenpaar mit optimaler Keiligkeit.

In den Figuren 1a, 1b und 1c sind CVC-Arbeitswalzen 1 in unterschiedlichen Verschiebepositionen dargestellt. Die Arbeitswalzen 1 sind von Stützwalzen 2 gestützt. Zwischen den Arbeitswalzen 1 befindet sich ein Walzband 3.

Die Last im Walzspalt wird als konstant über dem Walzband 3 und unabhängig von der Verschiebeposition der Arbeitswalzen 1 angenommen. Sie ist durch Pfeile 4 dargestellt. Die Last zwischen den CVC-Arbeitswalzen 1 und den Stützwalzen 2 ist über deren Kontaktbereich b_cont ungleich verteilt und ändert sich mit der Verschiebeposition der Arbeitswalzen 1. Diese Last ist durch Pfeile 5 dargestellt. Die Summe der durch die Pfeile 4 und 5 dargestellten Lasten ist gleich und entgegengerichtet.

Die sich aus den Walzenformen ergebenden Lastpfeile 5 und die lokale positive oder negative Relativgeschwindigkeit führen gemäß Figur 2 zu unterschiedlichen Umfangskräften Q_i über die Kontaktbreite b_cont. Diese Verteilung der Walzenumfangskraft Q_i verursacht ein Moment M um die Walzengerüstmitte 6, was zum Schränken der Walzen 1, 2 und damit zu Axialkräften in deren Lagern führen kann.

Dies wird verhindert durch eine entsprechende Walzenschliff-Form. Bei CVC-Walzen mit der Walzenkontur nach einem Polynomansatz dritten Grades gemäß$${\text{R(x) = a}}_{\text{0}}{\text{+ a}}_{\text{1}}{\text{• x + a}}_{\text{2}}{\text{• x}}^{\text{2}}{\text{+ a}}_{\text{3}}{\text{• x}}^{\text{3}}$$ steht nur der Faktor a₁, der sogenannte Keilfaktor für eine Variation des Schliffbildes zur Verfügung, weil der Polynomkoeffizient a₀ den jeweiligen Walzenradius und die Polynomkoeffizienten a₂, a₃, a₄, a₅ usw. den gewünschten Stellbereich des CVC-Systems bestimmen. Lediglich der Keilfaktor a₁ ist unabhängig von Stellbereich und Linienbelastung zwischen den Walzen und somit frei wählbar. Bei CVC-Walzen, deren Kontur durch ein Polynom dritter Ordnung definiert ist, führt der Keilfaktor a₁ zu einem minimalen Moment M, wenn er im Bereich$${\text{a}}_{\text{1}}\text{= -}\frac{\text{1}}{\text{20}}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{5}}{\text{20}}{\text{• a}}_{\text{3}}{\text{• b}}^{\text{2}}{}_{\text{cont}}$$ liegt.

Für CVC-Walzen, deren Kontur durch ein Polynom 5. Ordnung definiert ist, erreicht das Moment M ein Minimum, wenn der Keilfaktor$${\text{a}}_{\text{1}}{\text{= f}}_{\text{1}}{\text{• a}}_{\text{3}}{\text{• b}}^{\text{2}}{}_{\text{cont}}{\text{+ f}}_{\text{2}}{\text{• a}}_{\text{5}}{\text{• b}}^{\text{4}}{}_{\text{cont}}$$ beträgt mit$${\text{f}}_{\text{1}}\text{=-}\frac{\text{1}}{\text{20}}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{5}}{\text{20}}$$ und$${\text{f}}_{\text{2}}\text{= 0}\mathit{\text{bis}}\text{-}\frac{\text{7}}{\text{112}}$$

In Figur 3 ist ein konventionell geschliffenes CVC-Arbeitswalzenpaar dargestellt, das mit dem Ziel kleinster Durchmesserdifferenzen ausgelegt wurde. Die einen Enddurchmesser 7 und die konvexe Partie der Walze berührende Tangente 8 und die den anderen Enddurchmesser 9 und die konkave Partie der Walze berührende andere Tangente 10 verlaufen parallel zu den Achsen der konventionell geschliffenen Arbeitswalzen. Demgegenüber verlaufen die entsprechenden Tangenten der CVC-Walzen gemäß Figur 4, die mit optimierter Keiligkeit ausgelegt wurden, parallel, jedoch gegenüber den Walzenachsen um den optimalen Keilwinkel • (alpha) geneigt.

1, 1'

CVC-Arbeitswalzen

2

Stützwalzen

3

Walzband

4

Pfeil (Last im Walzspalt)

5

Pfeil (Last zwischen Arbeitswalze 1 und Stützwalze 2)

6

Walzgerüstmitte

7, 7'

Enddurchmesser

8, 8'

Tangente

9, 9'

anderer Enddurchmesser

10, 10'

andere Tangente