MINICHMAYR, Robert (Lagerstraße 6, Enns, A-4470, AT)
SEILINGER, Alois (Griesmayrstraße 16a, Linz, A-4040, AT)
MINICHMAYR, Robert (Lagerstraße 6, Enns, A-4470, AT)
| Patentansprüche 1. Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich an Stützwalzen oder Zwischenwalzen und Stützwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Zwischenwalzen und/oder Stützwalzen im Walzgerüst gegenseitig axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines aus einer Stützwalze und einer Arbeitswalze oder aus einer Stützwalze und einer Zwischenwalze gebildeten Walzenpaares eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) durch eine Konturfunktion (10) vorgegeben ist, welche aus einer Überlagerung einer ersten Konturfunktion (7), welche in einem unverschobenen Zustand zur benachbarten Arbeitswalze (1) komplementär verläuft, mit einer bezüglich der Stützwalzenachse (9) konkaven oder konvexen Überlagerungsfunktion (8, 8') gebildet ist. 2. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturfunktion (10) der Stützwalze (2) durch eine Subtraktion der ersten Konturfunktion (7) und der konkaven Überlagerungsfunktion (8) gebildet ist. 3. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturfunktion (10) der Stützwalze (2) durch eine Addition der ersten Konturfunktion (7) und der konvexen Überlagerungsfunktion (8') gebildet ist. 4. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturfunktion (7) aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten Konturabschnitten gebildet ist, wobei die Konturfunktion (7) durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist. 5. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturfunktion (7) aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten Konturabschnitten gebildet ist, wobei die Konturfunktion (7) durch eine Polynomfunktion beschrieben ist. 6. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine, bezogen auf die Ballenmitte (4) symmetrische, beidseitig monotone Funktion gebildet ist . 7. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine Polynomfunktion gebildet ist. 8. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine trigonometrische Funktion gebildet ist. 9. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine Kreisfunktion gebildet ist. 10. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (8, 8') durch eine Potenzfunktion gebildet ist. 11. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) jeweils in ihrem Randbereich eine Randanfasung aufweist . 12. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) der Stützwalze (2) entsprechend der Gleichung RL (x, c) = R0 - .4 + B * x - C * x mit Radius der oberen Stützwalze Radius der unteren Stützwalze X Axialposition bezüglich der Walzenmitte c Konturverschiebung R0 Walzenradiusoffset A Konturkoeffizient φ Konturwinkel LREF Schliffreferenzlänge B Kippkoeffizient C Koeffizient zweiter Ordnung (C > 0) gebildet ist. |
Walzgerüst zur Herstellung von Walzband
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich an Stützwalzen oder Zwischenwalzen und Stützwalzen abstützen, wobei die
Arbeitswalzen und/oder Zwischenwalzen und/oder Stützwalzen im Walzgerüst gegenseitig axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines, aus einer Stützwalze und einer Arbeitswalze, oder aus einer Stützwalze und einer
Zwischenwalze, gebildeten Walzenpaares, eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende gekrümmte Kontur aufweist.
Stand der Technik
Aus der WO 2007/144162 AI ist ein Walzgerüst bekannt, bei dem die Ballenkontur der Walzen durch eine trigonometrische
Funktion beschrieben ist. Im unbelasteten Zustand tritt eine teilweise oder vollständige Ergänzung der Ballenkontur der Stützwalzen und der unmittelbar benachbarten Arbeitswalzen oder der Zwischenwalzen auf. Auch bei dem aus der WO
03/022470 AI bekannten Walzgerüst, folgt die Ballenkontur einer trigonometrischen Funktion. In der Fachwelt sind derartige Walzen unter der Bezeichnung SmartCrown® bekannt.
Bei sehr breiten Walzgerüsten hat sich aber in der Praxis gezeigt, dass insbesondere beim Walzen breiter Bänder und unter hoher Last in den Randbereichen der Walzen hohe Drücke auftreten. Dieser Effekt ist unerwünscht und verstärkt sich mit zunehmendem Arbeitswalzendurchmesser, sowie durch den Einsatz von Walzenbiegung. Dieses Problem ist nicht auf einen speziell ausgebildeten Walzenschliff beschränkt, sondern tritt grundsätzlich auch bei konventionell geschliffenen Walzen auf.
Darstellungen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst anzugeben, bei dem, insbesondere wenn ein breites Walzband hergestellt und unter hoher Last gewalzt wird, die auf die Arbeits- und Stützwalze wirkenden maximalen Drücke geringer sind, so dass Walzenstandzeiten erhöht und Walzenbrüche möglichst vermieden werden können.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, an einer Stützwalze mit einer an sich bekannten gekrümmten Kontur zusätzlich eine konvexe Wölbung auszubilden, d.h. bei dieser Walze in einem mittleren Bereich bewusst den Durchmesser zu vergrößern.
Diese zusätzliche Wölbung kann so hergestellt werden, dass beim Walzenschliff, ausgehend von einer zur benachbarten Arbeitswalze komplementär verlaufenden ersten Konturfunktion eine Überlagerungsfunktion überlagert wird. Diese
Überlagerungsfunktion kann bezüglich der Stützwalzenachse konvex oder konkav verlaufen, je nach dem ob sie subtrahiert oder addiert wird. Durch diese Überlagerung wird erreicht, dass sich in der Mitte der Stützwalze eine konvexe Wölbung ausbildet, so dass es im unbelasteten Zustand nicht mehr zur komplementären Ergänzung benachbarter Walzen kommt, sondern sich in Richtung des Randes der Walzen ein zunehmend größer werdender Spalt ausbildet. Die Symmetrie der Lastverteilung bleibt aber dennoch erhalten. Mit der zusätzlich
ausgebildeten Wölbung wird eine Vergleichmäßigung der Last zwischen der Stützwalze und der unmittelbar benachbarten Walze (Arbeitswalze oder Zwischenwalze) erreicht. Mit anderen Worten, die Pressungsverteilung zwischen Stützwalze und benachbarten Walze ist durch die erfindungsgemäße
Stützwalzenkontur gleichmäßiger. Linienlastspitzen werden abgebaut. Infolge davon ist das Risiko von Rissbildung oder gar Walzenbruch geringer. Die Walzenstandzeit ist höher.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Stützwalzenkontur entsteht in den außerhalb der Mitte liegenden Bereichen ein im unbelasteten Zustand nach außen größer werdender Spalt zur benachbarten Walze. Dadurch wird weiters erreicht, dass die Wirkung der Walzenbiegung verstärkt wird. Profil und Planheit des Walzbandes können bei der Herstellung dadurch besser geregelt werden.
Eine günstige Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass von der ersten Konturfunktion eine bezüglich der Stützwalzenachse konkave Überlagerungsfunktion subtrahiert wird. Beim Walzenschliff kann diese Subtraktion sehr leicht realisiert werden.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass bei der Herstellung der Kontur der Stützwalze zur ersten Konturfunktion eine bezüglich der
Stützwalzenachse konvexe Überlagerungsfunktion addiert wird. Auch hier kommt es in der Ballenmitte der Stützwalze zu der gewünschten Aufdickung.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die erste Konturfunktion aus in Ballenrichtung gesehen abwechselnd konkav und konvex gekrümmten
Konturabschnitten gebildet ist, wobei die Konturfunktion durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist. Dadurch kann bei der eingangs erwähnten SmartCrown® - Technologie sehr leicht die gewünschte zusätzliche konvexe Krümmung in der Ballenmitte der Stützwalze realisiert werden.
Eine andere günstige Ausführungsform kann dadurch
gekennzeichnet sein, dass die erste Konturfunktion durch eine Polynomfunktion gebildet ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Überlagerungsfunktion durch eine bezogen auf die Ballenmitte symmetrische, beidseitig monotone Funktion gebildet ist.
Die Überlagerungsfunktion kann auch durch eine
Polynomfunktion, eine trigonometrische Funktion, eine
Kreisfunktion oder eine Potenzfunktion gebildet sein.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kontur entsprechend der Gleichungen
2 * φ * {x - c)
R L (x,c) = R 0 -A* sin + B*x-C*x 2
^REF j
mit
Radius der oberen Stützwalze
R L Radius der unteren Stützwalze
X Axialposition bezüglich der Walzenmitte
c Konturverschiebung
R 0 Walzenradiusoffset
A Konturkoeffizient
φ Konturwinkel
LREF Schliffreferenzlänge
B Kippkoeffizient
C Koeffizient zweiter Ordnung (C > 0)
gebildet .
Der quadratische Term C*x 2 bewirkt eine Überlagerung einer parabolischen Kontur mit der eingangs erwähnten, aus dem Stand der Technik bekannten trigonometrischen SmartCrown® Kontur. Wenn der Koeffizient C null wäre, ergänzen sich die beiden benachbarten Walzen im lastenfreien unverschobenen Zustand wieder komplementär.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung eines oberen Teils eines Quarto-Walzgerüstes, welche eine Kontur einer Stützwalze zeigt, welche gemäß einer Ausführung der Erfindung aus einer Überlagerung hervorgegangen ist, bei der von einer ersten Konturfunktion, welche zur benachbarten Arbeitswalze komplementär verläuft, eine bezüglich der Stützwalzenachse konkave Überlagerungsfunktion subtrahiert bzw. eine bezüglich der Stützwalzenachse konvexe
Überlagerungsfunktion addiert wurde;
Figur 2 ein Diagramm, in welchem eine berechnete
Lastverteilung zwischen einer oberen Arbeits- und Stützwalze in Abhängigkeit der Position bezogen auf die Gerüstmitte dargestellt ist, wobei Kurve 12 den
Fall mit der erfindungsgemäßen Wölbung und Kurve 11 den Fall ohne der erfindungsgemäßen Wölbung der Stützwalze darstellt.
Ausführung der Erfindu
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den oberen Teil eines Quarto-Walzgerüstes mit erfindungsgemäßen Stützwalzen in einem unbelasteten unverschobenen Zustand.
(Der darunter liegende Teil des Quarto-Walzgerüstes ist nur strichliert angedeutet.) Die Arbeitswalzen 1, 1' und die Stützwalzen 2, 2' zeigen eine Ballenkontur, die durch eine trigonometrische Funktion beschrieben ist. Ausgehend von einer ersten Konturfunktion 7, welche sich in einem
unbelasteten Zustand komplementär mit der Kontur der
Arbeitswalze 1 ergänzt, erhält man die erfindungsgemäße
Konturfunktion 10 der Stützwalze 2 dadurch, indem man die erste Konturfunktion 7 mit einer Überlagerungsfunktion 8 bzw. 8' überlagert. Diese Überlagerungsfunktion 8 bzw. 8' ist in der Darstellung der Figur 1 im Diagramm oben dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Überlagerungsfunktion 8 bezüglich der Stützwalzenachse 9 konkav. Erfindungsgemäß wird die konkave Überlagerungsfunktion 8 von der ersten
Konturfunktion 7 subtrahiert. Das Ergebnis ist die Kontur 5 der Stützwalze 2, welche in Figur 1 strichliert gezeichnet ist und durch die Konturfunktion 10 beschrieben ist.
(Analoges gilt für den Fall der konvexen
Überlagerungsfunktion 8', die gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung zur Konturfunktion 7 addiert wird) .
Das Ergebnis dieser erfindungsgemäßen Überlagerung ist eine zusätzliche Bombierung der Stützwalze 2 im Bereich der
Ballenmitte 4. Diese erfindungsgemäße Profilform kann der zeichnerischen Darstellung der Figur 1 leicht entnommen werden. Ausgehend von der Ballenmitte 4 bildet sich links und rechts ein zunehmend größer werdender Spalt zwischen der Stützwalze 2 und der Arbeitswalze 1 aus.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Ergänzung der Ballenkontur wird im Folgenden anhand der Figur 2 erläutert. Figur 2 zeigt in einem Diagramm eine berechnete Lastverteilung zwischen einer Arbeitswalze 1 und einer Stützwalze 2. Auf der Abszisse ist dabei die Position bezogen auf die Mitte des Walzgerüstes aufgetragen, auf der Ordinate die auf die Längeneinheit bezogene Kraft. Die Kurve 11 zeigt die Lastverteilung für den Fall vollständig ergänzender Walzenschliffe, wobei die Kontur von Arbeitswalze und Stützwalze durch eine trigonometrische Funktion gemäß der bekannten SmartCrown® - Technologie beschrieben ist. Demgegenüber zeigt Kurve 12 die
Lastverteilung für den Fall einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Konturfunktion 10 der Stützwalze 2. Diese
Konturfunktion 10 ging aus einer Überlagerung der bekannten trigonometrischen Konturfunktion 7 mit einer Funktion, - im vorliegenden Beispiel eine quadratische Funktion -, hervor. Wie aus der Figur 2 deutlich ersichtlich ist, findet eine Lastumlagerung zur Mitte der Walze statt.
Die grafische Darstellung des Ergebnisses der Berechnung zeigt anschaulich, dass auch bei breiten Walzgerüsten mit Stützwalzen, die in der Mitte bewusst bombiert wurden, Lastspitzen abgebaut werden können und Dank der Erfindung eine Vergleichmäßigung der Lastverteilung erzielt werden kann .
Diese Vergleichmäßigung der Lastverteilung hat den Vorteil, dass die Walzenstandzeit durch die Erfindung erhöht werden kann und das Risiko von Rissbildung oder gar Walzenbrüchen reduziert wird.
Der erfindungsgemäße Effekt der Vergleichmäßigung der
Lastverteilung ist selbstverständlich nicht auf das oben erläuterte Quarto-Walzgerüst beschränkt, sondern führt auch bei der Lastverteilung zwischen Zwischenwalzen und
Stützwalzen in einem Sexto-Walzgerüst zu einer Reduktion von Lastspitzen und zu einer Vergleichmäßigung des Lastprofils.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1, 1' Arbeitswalze
2, 2 ' Stützwalze
3 Kontur der Arbeitswalze 1
4 Ballenmitte
5 Kontur der Stützwalze 2
6 Walzband
7 erste Konturfunktion
8, 8 ' Überlagerungsfunktion
9 Stützwalzenachse
10 Konturfunktion
11 Kurve der Lastverteilung ohne konvexer Wölbung
12 Kurve der Lastverteilung mit konvexer Wölbung