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Walzvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Walzvorrichtung zum Walzen von bahnförmigen
Materialien mit mindestens einer Arbeitswalze, welche mit einer Gegenwalze zusammenwirkt,
wobei zwischen der Arbeitswalze und der Gegenwalze das zu walzende Material durchgeführt
wird, sowie mit einer Stützwalze, auf welche die Arbeitswalze abgestütz ist, wobei
die Stützwalze eine Durchbiegungseinstellwalze mit um einen stationären Träger drehbaren
Walzenmantel ist, welcher am Träger auf Stütæelementen gestützt ist, deren Stützkraft
einzeln oder in Gruppen steuerbar ist.
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Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus US-PS 4 059 976 bekannt.
Vorrichtungen dieser Art gestatten gegenüber den bisher üblichen Walzgerüsten mit
vollen Stützwalzen eine besonb ders gute Beeinflussbarkeit des Walzvorganges bezüglich
der Dicke und insbesondere der Planheit einer gewalzten metalfischen Bahn, z. B.
einer kaltgewalzten Aluminiumfolie. Diese Vorteile ergeben sich aus der Steuerbarkeit
der Anpresskraft der Stützelemente einzeln oder in Gruppen.
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Bei Vorrichtungen dieser Art, die für extrem hohe Walzkräfte bestimmt
sind, so z.B. zum Kaltwerden von Eisenmaterialien
erweist sich als
nachteilig, dass die erforderlichen Stütz kräfte der StUtzelemente sehr ungleichmässig
werden, und Spitzenwerte erreichen, die unrealistisch hohe Drücke des hydraulischen
Druckmediums der Stützelemente erfordern.
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Die Erfindung hat zum Ziel eine Walzvorrichtung zu schaffen, die auch
bei sehr hohen Walzkräften gleichmässig Stützkräfte der Stützelemente aufweist,
so dass die hohen Spitzendrücke entfallen und ausserdem ein Spielraum für die Feinregelung
mit der Hilfe der Stützelemente verbleibt.
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Die erfindungsgemässe Walzvorrichtung, durch die das Ziel erreicht
wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalze an ihren Enden mit Biegevorrichtuhgen
zum Anbringen eines im Betrieb steuerbaren Biegemomentes versehen ist.
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Diese Massnahme ist an sich auf dem Gebiet der Walzgerüste zum Walzen
von Metallen bekannt. Dort kann sie sich jedoch mit Rücksicht auf die starren Stützwalzen
nicht voll auswirken, so dass weitere Massnahmen zur Beeinflussung der örtlichen
Walzkräfte am gewalzten Material herangezogen werden mUssen. Dabei handelt es sich
in der Regel um eine örtliche Temperaturbeeinflussing der Arbeitswalze, die jedoch
mit einer grossen Trägheit verbunden ist.
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Bei der vorliegenden Walzvorrichtung wird durch diese Massnahme eine
zusätzliche Beeinflussung der Kräfte im Walzspalt erzielt, welche einen Ausgleich
der erforderlichen Stützkräfte der Stützelementwe ermöglicht. Dadurch werden Druckspitzen
vermieden, wobei gleichzeitig-ein Spielraum der StUtzkräfte gewonnen wird, welcher
zur örtlichen
Beeinflussung der Walzkraft dienen kann. Die umstgndliche
örtliche Beeinflussung der Temperaturen der Arbeitswalzen kann entfallen. Dabei
hat die Beeinflussung der Stützkraft der Stützelemente den Vorteil, dass sie augenblicklich
wirkt und fein gesteuert werden kann, während die Temperaturbeeinflussung mit hoher
Trägheit verbunden ist, wobei gleichzeitig eine genaue Einstellbarkeit fehlt.
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Vorzugsweise kann die Gegenwalze ebenfalls eine Atbeitswalze sein,an
an deren Enden Biegevorrichtungen zum Anbringen eines im Betrieb steuerbaren Biegemomentes
angreifen, wobei die Arbeitswalze auf einer Stützwalze abgestützt ist.
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Im bevorzuyten Fall kann diese Stützwalze ebenfalls eine Durchbiegungseinstellwalze
mit einem um einen stationären Träger drehbaren Walzenmantel sein, welcher am Trager
auf Stützelementen abgestützt ist, deren Stützkraft einzeln oder in Gruppen steuerbar
ist.
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Auf diese Weise wird eine zur Walzebene symmetrische Anordnung erzielt,
die Steuerungstechnisch besonders einfach ist.
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Es versteht sich jedoch, dass auch andere AusführQngsformen denkbar
sind, wobei z.B. eine der Stützwalzen in an sich bekannter Weise eine volle Walze
sein kann. 4s ist sogar eine Ausführungsform denkbar, bei welcher eine zweite Arbeitswalze
entfallen kann. In einem solchen Fall wird das gewalzte Material zwischen der Arbeitswalze
uNd einer vollen Gegenwalze mit dem Durchmesser einer Stützwalze durchgeführt.
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In allen diesen Fällen kann die Arbeitswalze und/¢der die Stützwalze
eine zylindrische Form haben. Es handelt sich
dabei um die einfachste
Ausführungsform, welche in den meisten Fällen befriedigt und für die meisten Betriebsfälle
geeignet ist.
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Es ist jedoch auch möglich, die Arbeitswalze und/oder die Stützwalze
bombiert auszubilden. Dadurch wird eine weitere Reihe von Möglichkeiten der Beeinflussung
der Stützkräfte der Stützwalze sowie der erforderlichen Biegemomente an den Enden
der Arbeitswalze gewonnen.
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Bei einer besonders vielseitigen Ausführungsform der Walzvorrichtung
können die Biegemomente der Arbeitswalzen und die Stützkräfte der Stützelemente
der Stützwalzen unabhängig voneinander beeinflussbar sein. Dadurch werden weitere
Möglichkeiten zur Beeinflussung der Walzkräfte gewonnen.
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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert: Es zeigen: Fig. 1 Eine schematische Darstellung
eines Quarto-Walzgerüstes mit zwei Arbeitswalzen und zwei Durchbiegungseinstellwalzen
als Stützwalzen, Fig. 2 den Schnitt II-II aus der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung zum Anbringen einer Biegekraft am Ende der Arbei tswal
ze, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung, Fig. 5 eine
schematische Darstellung einer beweglichen
Führung des Walzenmantels
am Träger der Durchbiegungseinstellwalze, Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung
einer Lagerung des Walzenmantels am Träger ohne radiale Beweglichkeit, Fig. 7 einen
der Fig. 2 entsprechenden Schnitt einer besonders einfachen Ausführungsform der
Erfindung, Fig 8 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt einer weiteren Ausführungsform
und die Fig. 9 und 10 schematische Diagramme zur Erläuterung einer möglichen Arbeitsweise
der erfindungsgemassen Walzvorrichtung.
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Die Figur 1 zeigt ein sogenanntes Ouarto-Walzengerüst mit zwei Arbeitswalzen
11 die auf Durchbiegungseinstellwalzen 2 als Stützwalzen abgestützt sind. Zwischen
den Arbeitswalzen 1, die angetrieben sind, wie es durch Antriebsenden 3 angedeutet
ist, befindet sich die gewalzte Materialbahn 4.
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Es handelt sich dabei um eine metallische Bahn,wie z.B.
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eine kaltgewalzte Aluminiumfolie oder kaltgewalztes Stahlblech.
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Die Durchbiegungseinstellwalzen 2, die als Stützwalzen dienen, sind
im vorliegenden Fall nach der US-PS 3 802 044 ausgebildet und enthalten kolbenartige
Stützelemente 5, die im Träger 6 in geeigneten Bohrungen geführt sind, in welchen
ein durch nichtdargestellte Bohrungen zugeführtes hydraulisches Druckmittel wirkt.
Die Stützelemente 5 wirken mit ihrer Stützkraft auf die Innenfläche eines Walzen-
mantels
7 der um den Träger 6 drehbar ist.
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Wie bereits erwähntXist ein Quarto-Walzgerüst dieser Art aus der US-PS
4 059 976 bekannt. Die dargestellte Durchbiegungseinstellwalze ist aus der US-PS
3 802 044 bekannt, in welche die Funktion der Walze und der Stützelemente eingehend
beschrieben ist.
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Wie noch aus der Figur 1 hervorgeht, ist der Träger 6 der unteren
Walze in einer nichtdargestellten Stuhlung des Walzgerüstes fest abgestützt, was
durch Stützen 8 angedeutet ist. Die Enden des Trägers 6 der oberen Walze 2 sind
mit hydraulischen Anpressz9indern 10 versehen. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform
denkbar, wie sie in der erwähnten US-PS 4 059 976 beschrieben ist, bei welcher die
Anpresskraft für den Walzvorgang direkt durch die Stützelemente 5 geliefert wird.
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Wie noch durch weisse Pfeile 11 und schwarze Pfeile 12 angedeutet
ist, können an den Enden der Arbeitswalzen 1 Kräfte angebracht werden, welche eine
Biegung der Enden der Arbeitswalzen in einem oder im anderen Sinn zur Folge haben.
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Die Figur 3 zeigt einen Kolbenmechanismus 13 welcher über einen Ring
14 auf das Ende der Arbeitswalze 1 einwirkt und je nach Kraftrichtung eine den Pfeilen
11 wie auch eine den Pfeilen 12 entsprechende Kraft ausüben kann. Das gleiche gilt
für den Mechanismus nach der Figur 4, welcher Kolbenmechanismen 15 und 16 zeigt.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen, wie bereits erwähnt, zwei mögliche Lagerungen
des Walzenmantels 7 am Träger 6.
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Bei der Ausführungsform nach der Figur 5 ist in den Enden des Walzenmantel
7 je ein Wälzlager 17 angeordnet, in welchem eine Führungsscheibe 18 gelagert ist,
die einen länglichen Schlitz 20 aufweist. Der längliche Schlitz 20 ist mit ebenen
seitlichen Führungsflächen 21 versehen, welche mit ebenen Führungsflächen 22 des
Träger 6 zusammenwirken.
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Diese Art der Lagerung, die eingehend in der US-PS 3 885 283 beschrieben
ist, gestattet eine Beweglichkeit des Walzenmantels 7 gegenüber dem Träger 6 in
der Richtung einer Walzebene Eo Das ermöglicht z.B. die erwähnte Bildung der Presskraft
des Walzgerüstes durch die Stützelemente 5, so dass die äusseren Anpresszylinder
10 entfallen können.
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Bei der Ausführungsform nach der Figur 6 ist der Walzenmantel 7 über
Wälzlager 17 direkt am Träger 6 gelagert.
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Diese Ausführungsform ist in der erwähnten US-PS 3 802 044 beschrieben.
Hier entfällt die erwähnte Beweglichkeit des Walzenmantels gegenüber dem Träger,
so dass die äusseren Anpresszylinder 10 erforderlich sind. Dafür kann z.B. eine
Möglichkeit der Einführung von zusätzlichen Kräften über die Lager 17 in den Walzenmantel
7 bestehen.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemässen
Walzvorrichtung, die gegenüber der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 vereinfacht
sind.
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So wirkt nach der Figur 7 die auf der Durchbiegungsausgleichwalze
2 abgestützte Arbeitswalze 1 mit einer vollen Gegenwalze 30 zusammen. Bei der Ausführungsform
nach Figur 8 ist eine zweite Arbeitswalze 1 vorgesehen, welche sich auf der Gegenwalze
30 abstützt'die in diesem Fall als Stützwalze wirkte
Die Figuren
9 und 10 dienen zur Erläuterung der wichtigsten Wirkungsweise der erfindungsgemässen
Vorrichtung.
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Dabei zeigt die Figur 9 die Kräfteverhältnisse in einer Hälfte eines
Quarto-Walzgerüstes ohne Arbeitswalzenbiegung, die Figur 10 den entsprechenden Kräfteverlauf
mit der erfindungsgemässen vorgesehenen Arbeitswalzenbiegung.
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An den Arbeitswalzen 1 nach den Figuren 9 und 10 ist durch gestrichelte
Schnitte eine Erscheinung angedeutet, welche bei Walzgerüsten für sehr hohe Walzkräfte
entsteht. Obwohl die unteren Rändern der Arbeitswalzen 1 als eben und mit einer
gleichmässigen Walzkraft belastet dargestellt sind, sind die oberen Ränder dieser
Arbeitswalzen und somit auch ihre Achsen A als gebogen dargestellt. Die zylindrischen
Arbeitswalzen 1 werden nämlich durch die grossen Walzkräfte im zentralen Bereich
in eine ovale Form gedrückt, welche in Richtung zu den Enden der Walzen in die ursprüngliche
runde Form ausläuft. Um diese Form und gleichzeitig auch eine gleichmässige Anpresskraft
des Walzenmantels 7 auf die Arbeitswalze 1 zu erreichen, müssen die Stützkräfte
der Stützelemente 5 einen durch eine Linie S1 angedeuteten Verlauf haben. In der
Mitte der Walze kommt es zu einem Maximum der Stützkraft, das in vielen Fällen Werte
erreichen kann, die eine Realisierbarkeit auf hydraulischem Weg mit Hilfe eines
Druckmittels unmöglich oder äusserst schwierig machen können. Durch die Einführung
von Biegemomenten an den Enden der Arbeitswalze 1 ist es möglich einen Verlauf der
Stützkräfte der Stützelemente 5 in der Walze nach einer Linie S2 zu erzielen, welcHe
wesentlich gleichmässiger ist und besonders erhöhte Maximalkräfte vermeidet. Der
dadurch gewonnene Spielraum der Stützkräfte kann für örtliche Korrek-
turen
herangezogen werden, welche bisher durch thermische Beeinflussungen der Arbeitswalzen
durchgeführt werden mussten.
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Die beiden Diagramme nach den Figuren 9 und 10 entsprechen Ausführungsformen
von Walzen mit Lagerungen des Walzenmanteis 7 nach der Figur 5. Im Prinzip könnten
jedoch auch Lagerungen nach der. Figur 6 verwendet werden, wobei z. B.
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durch an sich bekannte Regelvorrichtungen gewährleistet sein kann,
dass die Kräfte der Anpresszylinder 10 und der Stützelemente 5 derart im Gleichgewicht
sind, dass die Wälzlager 17 entlastet sind.
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Im Prinzip sind auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen durch
eine bewusste Belastung der Wälzlager 17 bei Lagerungen nach der Figur 5 Kräfte
in den Walzenmantel 7 eingeführt werden, wodurch dessen Durchbiegung in einer gewünschten
Richtung unterstützt werden kann. Es ist dabei jedoch zu beachten, dass die Wälzlager
für die auftretenden äusserst hohen Kräften dimensioniert werden müssen.
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Wie bereits erwähnt,kann die Steuerung der Stützkräfte der Stützelemente
5 im wesentlichen zur Walzebene des Walzgutes 4 symmetrisch erfolgen, d.h. dass
in einer vertikalen Linie übereinanderliegende Stützelemente 5 oder Gruppen derartiger
Stützelemente jeweils die gleiche Kraft oder um einen Korrekturwert voneinander
abweichende Kräfte haben können, die z.B. das Eigengewicht der beweglichen Teile
berücksichtigen. Es ist jedoch im Prinzip auch eine voneinander unabhängige Ansteuerung
dieser Elemente sowie der Biegemomente denkbar, die weitere Möglichkeiten der Beeinflussung
der im Walzspalt wirkenden Kräfte bietet.
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Obwohl die Erfindung anhand einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Vorrichtung zum Walzen von Metallen erläutert wurde, ist sie nicht auf dieses Gebiet
beschränkt. So kann sie auch bei Walzvorrichtungen zum Walzen von Kunststoffbahnen
verwendet werden. Dazu eignet sich z. B. besonders die einfache Ausführungsform
nach der Fig. 7.
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