Gießrolle mit aktiver Profilbeeinflussung

Die Erfindung betrifft eine Gießrolle einer Gießmaschine zum Gießen von Metallband, umfassend eine Rollenachse mit einem diese umgebenden Rollen- mantel mit im Gießbetrieb einstellbarer Balligkeit seiner Umfangsfläche mittels hydraulischer Druckpolster sowie ein Verfahren zur Bedienung der Gießrolle.

Die Balligkeit der Gießrolle wird im Rahmen der Beschreibung der Erfindung nachfolgend auch als Profil bezeichnet.

Die Gießdicken von 1 bis 4 mm lassen im nachgeschalteten Walzprozess keine änderung der Profilüberhöhung zu. Daher muss die angestrebte Profilüberhöhung von 1 bis 2 % der Walzdicke bereits beim gegossenen Band vorliegen. Aus diesem Grunde wird bei den bekannten Gießrollen mit drehender Rollen- achse die im Gießbetrieb auftretende positive Rollenbombierung durch einen negativen Rollenschliff kompensiert, um die gewünschte Profilüberhöhung der Gießdicke einzustellen. Der negative Rollenschliff wird für ein berechnetes Temperaturprofil der Gießrolle, basierend auf Betriebsergebnissen, ausgeführt. Treten im Gießbetrieb abweichende und / oder wechselnde Wärmestromdich- ten auf, führt das sich daraus ergebende Temperaturprofil der Gießrolle zu einer Profilüberhöhung der Gießdicke, die außerhalb des angestrebten Bereiches von 1 bis 2 % liegt. Bei den im Betrieb befindlichen Anlagen liegt die Profilüberhöhung häufig außerhalb des erforderlichen Bereiches. Stand der Technik

Eine Gießrolle zum Gießen von Metallband im Gießspalt zweier abstandveränderlicher, paralleler sowie kühlbarer Gießrollen, weiterhin umfassend eine Welle mit einer diese im radialen Abstand umgebenden Hülse und einem außenseitigen Mantel mit im Gießbetrieb einstellbarer Balligkeit seiner Umfangsfläche mit- tels hydraulischer Druckelemente sowie Mittel zum Anschließen der Druckelemente an ein externes hydraulisches Druckerzeugungssystem ist aus der EP 1

347 851 B1 bekannt. Dabei sind zwischen Hülse und Mantel axial beabstandete radiale Kämme vorgesehen. Weiterhin sind zwischen der Hülse und den radialen Kämmen mittels Druck eines hydraulischen Mediums verformbare Bänder angeordnet, derart, dass diese bei ihrer Druckbeaufschlagung radiale Kraftwirkungen auf die Kämme ausüben, die ihrerseits eine Balligkeitsverformung des Mantels der Gießrolle bewirken.

Aus WO 02 / 43 902 A1 ist bekannt, ein Druckmedium über eine ringförmige Drehdurchführung in den drehenden mittleren Rollenmantel zu leiten. Von dort wird das Druckmedium über Bohrungen in den profilierten Hohlraum des äuße- ren Rollenmantels geführt und in Abhängigkeit vom Druck des Mediums wird das Rollenprofil verändert. Für die Veränderung des Rollenprofils wird ein Druck von bis zu 1000 bar benötigt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass bei den erforderlichen Drücken ein leckölfreier Betrieb der Drehdurchführungen bei längeren Standzeiten kaum möglich ist.

In der DE 38 39 110 A1 wird das Druckmedium wie in der WO 02 / 43 902 A1 zur änderung des Rollenprofils über eine Drehdurchführung zugeführt.

Auch bei der JP 59 113 963 A wird das Druckmedium wie in der WO 02 / 43 902 A1 zur änderung des Rollenprofils über eine Drehdurchführung zugeführt. Der Druck des Mediums wird in Abhängigkeit der Lagerkräfte verändert, die mittels Kraftmessdosen unter den Lagergehäusen gemessen werden.

Eine Rolle mit stehender Achse, auf der der Rollenmantel drehbar angeordnet ist, wird in WO 03 / 024 645 A1 beschrieben. Zwischen der Achse und dem Rollenmantel sind mehrere Rollenlager mit umgebenden Distanzringen angeordnet. Das Druckmedium wird durch die stehende Achse in die Druckpolster zwischen Achse und Druckring geführt. Die Vergrößerung des Druckringes wird über das Rollenlager und den Distanzring auf den Rollenmantel übertragen. Die Aufweitung des Rollenmantels erfolgt bei dieser Lösung über ein Rollenlager unter relativ hoher Last (Reibungsverluste, Lagererwärmung und -verschleiß).

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießrolle mit drehender Rollenachse anzugeben, bei der eine aktive Profilbeeinflussung / -änderung des Rollenmantels im Gießbetrieb möglich ist. Damit soll eine vorgegebene Profilüber- höhung von 1 bis 2% auch bei abweichenden und / oder wechselnden Wärmestromdichten bzw. Temperaturprofilen im Rollenmantel eingehalten werden. Die Profilbeeinflussung durch ein Druckmedium soll wegen des erforderlichen hohen Druckes, zur Vermeidung von Leckölverlusten, nicht über eine rotierende Verbindung erfolgen. Die Wirtschaftlichkeit der Gießrollenanlage soll verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Gießrolle einer Gießmaschine zum Gießen von Metallband, umfassend eine Rollenachse mit einem diese umgebenden Rollenmantel mit im Gießbetrieb einstellbarer Balligkeit seiner Umfangsfläche mittels hydraulischer Druckpolster auf der antriebsfreien Seite der Gießrolle die drehende Rollenachse mit einem Zylinder, der einen Kolben aufweist, ausgebildet ist, dass ein Kraftsystem vorgesehen ist, zum Einwirken über den Kolben auf ein Druckmedium, zur Beeinflussung der Balligkeit des Rollenmantels.

Abweichend vom Stand der Technik wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, in einer drehenden Rollenachse mit einem Rollenmantel einer Gießrolle vorzugsweise auf der antriebsfreien Seite einen Kolben anzuordnen, der zur Druckerzeugung axial verschoben wird. Hierbei handelt es sich um ein Hochdruck- system, bei dem der Druck in einem geschlossenen System in der drehenden Rollenachse erzeugt wird.

Mit der Erfindung kann ein Druck von 1000 bar und mehr ohne Leckölverluste betriebssicher erzeugt werden.

Die Verschiebung des Kolbens in der drehenden Achse erfolgt vorzugsweise über einen seitlich neben der Achse angeordneten Hydraulikzylinder. Da der Kolben sich mit der Achse dreht, muss zwischen dem drehenden Kolben der Rollenachse und dem Kolben des Hydraulikzylinders ein Drucklager (Axiallager) angeordnet sein. Der Durchmesser des Kolbens des Hydraulikzylinders ist weitgehend frei wählbar. Somit kann bei einem größeren Durchmesser des Kolbens des Hydraulikzylinders im Vergleich zum Durchmesser des Kolbens der Rollenachse mit einem geringeren Druck im Hydraulikzylinder ein deutlich höherer Druck in dem Zylinder auf der Rollenachse erzeugt werden (Druckerhöhung im Verhältnis der Zylinderfläche / Kolbenfläche).

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Erläuterungen einer in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Gießrolle mit einer rech- ten angetriebenen Seite und einer linken antriebsfreien Seite,

Fig. 2 im Detail den Rollenmantel mit und ohne Druckbeaufschlagung und

Fig. 3 in geschnittener Seitenansicht die Gießrolle an der linken

Abtriebsseite.

Figur 1 zeigt eine Gießrolle 1 einer Zweirollen - Gießmaschine. Die Gießrolle 1 besteht aus einem Rollenmantel 2 und einer Rollenachse 3, die in zwei Lagergehäusen 4 gelagert ist. Auf der rechten angetriebenen Seite 5 ist ein Flansch 6

für Gelenkwellen (nicht dargestellt) zum Drehen der Gießrolle 1 angeordnet. Auf der linken antriebsfreien Seite 7 ist eine Wasserzuführung / Wasserabführung 8 für die Kühlung der Gießrolle 1 angeordnet. Am linken Ende der antriebsfreien Seite 7 der Rollenachse 3 ist ein Zylinder 9 zur Erzeugung des Druckes zur Profilbeeinflussung des Rollenmantels 2 angeflanscht. Auf einen Kolben der Rollenachse 10 im Zylinder 9 wirkt ein Kraftsystem 11 zum Aufbau eines definierten Druckes.

Figur 2 zeigt das Profil des Rollenmantels 2. Eine erste Kontur 12 zeigt den negativen Gießrollenschliff ohne Druckbeaufschlagung des Rollenmantels 2. Eine zweite Kontur 13 zeigt das Gießrollenprofil mit einer Druckbeaufschlagung des Rollenmantels 2. Damit kann das Gießrollenprofil zur Einstellung des gewünschten Profils eines Gießbandes gezielt eingestellt werden.

Figur 3 zeigt, dass auf der Rollenachse 3 der Rollenmantel 2 angeordnet ist. Zwischen Rollenachse 3 und Rollenmantel 2 befinden sich ein oder mehrere Druckpolster 14. Diese sind vorzugsweise symmetrisch ringförmig zur vertikalen Achse angeordnet. Die Breite 22 des Druckpolsters 14 bzw. mehrerer Druckpolster 14 ist schmaler als die Breite 23 des Rollenmantels 2, siehe Figur 1 , um Platz für Dichtungen und dergleichen zwischen Rollenmantel 2 und Rollenach- se 3 zu erhalten. Unter dem Begriff Breite wird die Länge in axialer Richtung verstanden. über Bohrungen 15 ist das Druckpolster bzw. sind die Druckpolster 14 mit einem Druckraum 16 verbunden. Im Druckraum 16, den Bohrungen 15 und den Druckpolstern 14 befindet sich ein Druckmedium und bildet ein geschlossenes System. Zum Füllen des Systems mit dem Druckmedium und zum Entlüften sind im Rollenmantel 2 Bohrungen 17 vorhanden, die nach dem Füllen und Entlüften mit einem Stopfen 18 verschlossen werden. Um ein Zurückfließen des Druckmediums in den Zylinder 9 zu verhindern, kann im Kolben 10 ein Rückschlagventil angeordnet sein.

Die Rollenachse 3 ist in einem Rollenlager 19, dass in dem Lagergehäuse 4 angeordnet ist, drehbar gelagert. Am freien Ende der Rollenachse 3 ist der Zy-

linder 9 angeflanscht. In dem Zylinder 9 ist der Kolben 10 der Rollenachse 3 axial verschiebbar gelagert; der Kolben 10 begrenzt den Druckraum 16 in dem Zylinder 9. Der Zylinder 9 kann ein Plunger- oder Differentialzylinder sein. über ein Kraftsystem 11 , das ortsfest neben der Gießrolle 1 oder direkt an der Gießrolle 1 angeordnet ist, wird ein definierter Druck auf den Kolben 10 der Rollen- achse 3 und über diesen in dem Druckraum 16 erzeugt. Das Kraftsystem 11 ist ein Hydraulikzylinder 24, dessen Kolben 25 auf den Kolben 10 der Rollenachse 3 wirkt. Da sich der Kolben 10 zusammen mit der Rollenachse 3 dreht, ist zwischen dem Kolben 25 des Hydraulikzylinders 24 und dem Kolben 10 der Rollenachse 3 ein Drucklager 26 (Axiallager) eingebaut. über die Bohrungen 15 wird das Druckmedium auch in die ringförmigen Druckpolster 14 geleitet, über die gezielt die Kontur 12, 13 des Rollenmantels 2 in Abhängigkeit des Druckes beeinflusst wird.

In einer Kernlochbohrung 21 ist ein Rohr zur Wasserführung der Kühlung der Gießrolle 1 eingebracht. Die Zu- und Abführung des Kühlwassers erfolgt über die Wasserzuführung / Wasserabführung 8 auf einem Zapfen 20 der Rollenachse 3.

Zwischen den beiden Kolben 10 und 24 gilt das Gesetz Actio = Reactio; d.h. die Kraft F ₂₅ , mit welcher der Kolben 25 des Hydraulikzylinders 24 auf den Kolben 10 der Rollenachse 3 drückt ist betraglich gleich der Kraft Fi ₀ , mit welcher der Kolben 10 auf den Kolben 25 drückt. Mathematisch ausgedrückt gilt:

Physikalisch gesprochen ist eine Kraft das Produkt aus Druck x Fläche, so dass Gleichung 1 umgeformt werden kann zu:

•π YKolben 25 | n

Hydrauhkzaimder 24 " _o ~ = V Zylinder ₉ 9 ⁽²⁾

Hydraulikzylinder 24

Zylinder 9 i (3)

wobei

P Zylinder ₉ den Druck im Zylinder 9 auf der Rollenachse 3, P Hydrauiikyiinder24 den Druck im Hydraulikzylinder 24,

0 _Kolbe n ₂₅ den Durchmesser des Kolbens 25 des Hydraulikzylinders 24,

0 K _o l _be n io den Durchmesser des Kolbens 10 des Zylinders 9 auf der Rollenachse

3, bezeichnet.

Der Durchmesser des Kolbens 25 des Hydraulikzylinders 24 ist weitgehend frei wählbar. Somit kann bei einem größeren Durchmesser des Kolbens 25 des Hydraulikzylinders 24 im Vergleich zum Durchmesser des Kolbens 10 der Rollenachse 3 mit einem geringeren Druck im Hydraulikzylinder 24 ein deutlich hö- herer Druck in dem Zylinder 9 auf der Rollenachse 3 bzw. im Druckraum 16 erzeugt werden (Druckerhöhung im Verhältnis der Kolbenfläche vom Hydraulikzylinder / Kolbenfläche vom Zylinder an der Rollenachse).

Gemäß Formel (3) hängt der auf den Kolben 10 des Zylinders 9 wirkende Druck P zyiind _e r _θ ab von dem Druck P Hydraulikzylinder 24 in dem außen liegenden Hydraulikzylinder 24 und dem Verhältnis vom Durchmesser des Kolbens 25 des Hydraulikzylinders 24 zu dem Durchmesser des Kolbens 10 des Zylinders 9 auf der Rollenachse 3.

Die änderung des Radius δR des Rollenmantels 2 ist eine Funktion des Druckes im Zylinder 9 der Rollenachse 3 und damit im Druckraum 16, sodass gilt:

* R = f {P Zylinder , ) W

Kolben 25

= / Hydraul tzyl inder 24 (5)

φ Kolben 10

Eine Anstellung über eine Kombination von Motor, Getriebe und Spindel erlaubt zwar eine definierte Wegeinstellung; die aus dem definierten Weg resultierende Druckeinstellung in der Rollenachse 3 bleibt aber Undefiniert.

Bezugszeichenliste

1 Gießrolle

2 Rollenmantel

3 Rollenachse

4 Lagergehäuse

5 angetriebene Seite

6 Flansch

7 antriebsfreie Seite

8 Wasserzuführung / Wasserabführung

9 Zylinder

10 Kolben

11 Kraftsystem

12 erste Kontur

13 zweite Kontur

14 Druckpolster

15 Bohrungen

16 Druckraum

17 Bohrung

18 Stopfen

19 Rollenlager

20 Zapfen

21 Kernlochbohrung

22 Breite Druckpolster

23 Breite Rollenmantel

24 Hydraulikzylinder

25 Kolben

26 Drucklager