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Die Erfindung betrifft eine Walze für Walzwerke, mit einem über die gesamte axiale Länge durchgehenden Kern und einem mit diesem über eine einen von der Kreisform abweichenden Quer- schnitt aufweisende Sitzfläche formschlüssig verbundenen, gegebenenfalls in mehrere axiale Ab- schnitte unterteilten Mantel.
Eine derartige Walze ist aus der DE-PS nr. 816240 bekannt, wobei der ringförmige Walzenmantel auf dem Kern dadurch drehfest festgelegt ist, dass der Querschnitt der aneinanderliegenden
Sitzflächen dieser beiden Teile unrund, z. B. oval, ausgeführt ist. Einerseits eignet sich eine von einem kreisrunden Querschnitt nur wenig abweichende Gestalt nicht besonders gut zur Drehmoment- übertragung, anderseits besteht bei Ausbildung der Sitzflächen zwischen Mantel und Kern einer
Walze mit einem scharfkantigen verzahnungsartigen Profil die Gefahr einer unerwünschten Kerbwirkung (DE-PS Nr. 122933, US-PS Nr. 907, 930).
Bei einer Konstruktion gemäss der US-PS Nr. 2, 452, 266 ist die Sitzfläche zwischen Kern und Mantel einer Walze eine mehrere Durchmesserstufen aufweisende glatte zylindrische Fläche. Die Kupplung zur Drehmomentübertragung besteht aus einem an einem Ende des Walzenmantels anzuordnenden mehrteiligen Ring, der an einem am Kern ausgebildeten Vierkant mit abgefasten Ecken angreift.
Aus der DE-PS Nr. 291234 ist eine selbsttragende Hohlwalze ohne durchgehenden Kern bekannt, welche lediglich an ihren beiden Enden drehfest und zugfest einesetzte Lauf- und Antriebszapfen aufweist. Jeder dieser Zapfen ist mittels einer abgestuften, gleichzeitig als Mitnehmer ausgebildeten Zapfenwurzel mit dem Walzenballen durch Aufschrumpfen verbunden und durch einen Keilring am Rücktritt aus dem Walzenballen gesichert.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine für Kalt- und Warmwalzstrassen geeigente Walze zu schaffen, mit der sämtliche herkömmliche Walzaufgaben mit der vorgeschriebenen Genauigkeit und Produktivität bei langer Lebensdauer durchführbar sind sowie Wiederverwendbarkeit von Kern und Mantel der Walze erreicht werden.
Die Erfindung besteht bei einer Walze der eingangs angegebenen Art im wesentlichen darin, dass die Sitzfläche eine harmonische, kerbfreie Fläche mit polygonalem Profil ist.
Das Profil mit harmonisch abgerundetem Verlauf ergibt eine für die Übertragung hoher Drehmomente geeignete feste formschlüssige Kupplung zwischen Kern und Mantel, u. zw. auch dann, wenn der Mantel aus einzelnen ringförmigen axialen Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei die Gefahr von durch Kerbwirkung bedingten Rissbildungen im Walzenmantel hintangehalten ist.
Das Profil kann über die gesamte Walzenlänge durchgehend ausgebildet sein, nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Kern an seinen beiden Enden Abschnitte mit Polygonquerschnitt und dazwischen einen zylindrischen Abschnitt besitzt und dass der Mantel aus mindestens einem ringförmigen Teil besteht, der mit einer momentübertragenden Polygonprofilbohrung und einer an diese anschliessenden zylindrischen Passbohrung versehen ist und-bei Vorhandensein von mehr als einem ringförmigen Teil - mit einem an die Passbohrung anschliessenden momentübertraenden Polygonprofilhals für den Eingriff in die Polygonprofilbohrung des benachbarten Teiles versehen ist. In diesem Fall sind die erste und der letzte ringförmige Teil mit dem Kern und die ringförmigen Teile untereinander jeweils drehfest verbunden.
Zum Zentrieren und Verkeilen des Mantels bzw. der einzelnen ringförmigen Teile des Mantels auf dem Kern kann zwischen dem Kern und dem Mantel eine kegelige Hülse eingesetzt sein.
Für verschiedene Walzvorgänge ist eine Innenkühlung der Walzen mit einem flüssigen Kühlmittel erwünscht bzw. erforderlich. Wegen der Art der Zusammensetzung der erfindunsgemässen Walze sind hiefür besondere Massnahmen zu treffen. Vorzugsweise sind für diesen Zweck im Kern zur Eingriffsfläche des Kernes führende Bohrungen für Kühlflüssigkeit ausgearbeitet. Auf diese Weise kann die Innenseite des Mantels gekühlt werden, ohne dass dieser durch Ausbildung von Bohrungen od. dgl. mechanisch geschwächt zu werden braucht. Bei Bedarf und ausreichender Festigkeit können aber in der im Eingriff stehenden Fläche des Mantels mit den Bohrungen des Kernes kommunizierende Kühlnuten ausgearbeitet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Walze mit einem Mantel mit Polygonprofilverbindung ; die Fig. 2 bis 8 verschiedene Formen der erfindungsgemäss verwendeten Polygonprofile ; Fig. 9
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eine Walze mit in Ringe unterteiltem Mantel ; Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 9 ;
Fig. 11 eine Befestigung von Walzringen auf dem Kern mittels unter Federkraft stehender Keilrin- ge ; Fig. 12 eine Befestigung von Walzringen auf dem Kern mittels Schraubringen ;
Fig. 13 eine Walze mit gegenseitiger Polygonverbindung der Mantelring ; die Fig. 14 und 14a die Kühlung einer Walze, bei der in den Mantelringen Umfangsnuten ausgebildet sind, und die Fig. 15 und 15a bis 15c-- betreffen die Kühlung einer Walze, bei der in der Oberfläche des Walzenkernes Axialnuten ausge- bildet sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten prinzipiellen Ausführung besitzt der Kern-l-einen Polygon- querschnitt, am einen Ende einen Bund (Schulter) und am andern Ende ein Gewinde. Auf diesen Kern-l-ist der mit einer Polygonbohrung versehene Mantel --2-- aufgeschoben und mittels Gewindemuttern --3-- axial befestigt und abgesichert. Nachdem der Mantel abgenutzt ist, werden die Gewindemuttern --3-- abgeschraubt, der Mantel ausgewechselt und der neue hienach mittels der Muttern --3-- befestigt.
Fig. 2 zeigt einen dreieckigen Polygonquerschnitt, der zweckdienlicherweise zur Übertragung von kleinen Monomentwerten zwischen dem Walzenkern und dem Mantel vorzusehen ist. Eine günstige
Eigenschaft dieser Ausführung besteht darin, dass der Mantel --2-- auch im Falle einer mit Spiel erfolgenden Passung der Bauelemente zentrisch auf dem Kern --1-- (selbstzentrierend) sitzt.
Fig. 3 zeigt einen viereckigen Polygonquerschnitt, der bei der Übertragung von geringen Mo- menten mit einem spielfreien Sitz vorgesehen wird.
In Fig. 4 ist ein fünfeckiges Polygon zu sehen, das im Falle von hohen Walzdrücken verwen- det wird, da bei Profilen mit ungerader Eckenanzahl (Seitenzahl) der die Belastung aufnehmende
Querschnitt ännähernd gleich bleibt (kein grosser Unterschied zwischen dem Scheitelflächenabstand und den zwischenliegenden Abschnitten, wie z. B. bei den Viereckprofilen vorliegt, wo der Flächen- abstand und der Scheitelabstand weitgehend voneinander abweichen).
In Fig. 5 ist ein sechseckies Polygonprofil zu sehen, das zweckdienlicherweise bei Grobwalzen zu verwenden ist, wo sich das zu übertragende Moment auf der grösseren Seitenflächenzahl besser aufteilt.
In Fig. 6 ist ein zwölfeckiges Polygonprofil zu sehen, das zweckdienlicherweise z. B. zur Ver- bindung von Kaltwalzen zu verwenden ist, da bei spielfreiem Sitz nur geringe Beanspruchungen auftreten.
In den Fig. 7 und 8 sind fünfeckige Polygonprofile mit besonderen Seitenflächenausführungen zu sehen. Bei den Polygonprofilen kann die Ausgestaltung der Seitenflächen hohlgewölbt, annähernd gerade (wie nach Fig. 4) oder erhaben ausgeführt sein. Mit der Erhöhung der Seitenzahl (Eckenzahl) vermindert sich das pro Seitenfläche zu übertragende Moment.
Bei gegebener Ecken- bzw. Seitenzahl ist die Profilform in Abhängigkeit davon zu wählen, ob die Walze zum Kalt- oder Warmwalzen eingesetzt werden soll. Beim Warmwalzen verändern sich die Passungen im Verlaufe des Betriebes. Wegen dieses Spiels ergeben sich bei den Profilen mit annähernd geraden Seitenflächen die günstigsten Manteldruckwerte.
Bei den zum Kaltwalzen eingesetzten Walzen ergibt sich bei den geringfügig erhabenen Profilen die beste Materialausnutzung. Bei der Momentübertragung arbeiten sie auf dem vollen Umfang. Die hohlgewölbte Ausführung ist bei den weniger genauen Verbindungen (mit Drehbearbeitung hergestellt), die gerade Seitenflächenausführung zur Übertragung von hohen Momenten (wobei der Wert des Manteldruckes kritisch wird) bei dem Spiel erfolgenden Passungen für Walzen zum Warmwalzen geeignet, wogegen die erhabene Ausführung bei der spielfreien Verbindung bei Walzen zum Kaltwalzen vorzuziehen ist.
In Fig. 9 ist eine Mehrfach-Profilwalze dargestellt, bei der die Kaliber in der dem Produktionsprogramm entsprechenden Zahl und Art verwendet werden können, so dass sich eine derartige Walze zur gleichzeitigen Herstellung von verschiedenen Produkten eignet. Bei Änderung des Produktionsprogrammes werden die Kaliberringe --2-- duch Lösen der Gewindemuttern--3--vom Kern - demontiert und an ihrer Stelle den neuen Aufgaben entsprechende Kaliberringe montiert.
Die Teilung des Mantels kann bei einer Profilwalze im Kaliber selbst erfolgen, so dass die Teilungsebene --4-- in das Kaliber fällt, oder so, dass die Teilungsebene --5-- ausserhalb des Kalibers fällt, oder so, dass die Teilungsebene --6-- an den Kaliberrand fällt, oder so, dass die Teilungs-
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fuge --7-- zum Teil in das Kaliber und zum Teil ausserhalb des Kalibers fällt.
In Fig. 10 ist das Querschnittsprofil der Walze zu sehen (in Fig. 9 Schnitt A-A). Auf dem Polygon profil --29-- des Kernes --1-- ist formschlüssig die Polygonbohrung --30-- des Mantels bzw. Ringes --2-- aufgesetzt, der auf seiner äusseren Formgebungsfläche das Kaliber --8-- aufweist.
Fig. 11 zeigt eine zur Beseitigung eventueller beanspruchungsbedingter Massänderungen dienen- de Keilhülsenbefestigung. Auf den mit einem Polygonprofil (Zykloidprofil) ausgeführten Kern-l- werden die Walzringe --2-- durch geschlitzte, an ihrem Aussenmantel kegelige Hülsen --9-- zum Sitzen gebracht. Die Verkeilung der Kegelhülsen --9-- wird durch von Federn --10-- ausgeübte Kräfte gesichert, wodurch unerwünschtes Spiel beseitigt wird.
Fig. 12 zeigt eine der in Fig. 11 dargestellten Befestigung ähnliche Kegelhülsenbefestigung, bei welcher der Mantel --2-- mittels eines Gewinderinges --11-- auf dem Kern-l-spielfrei befestigt ist. In den inneren kegeligen Polygonhohlraum (Bohrung) des auf den Kern-l-bis zum Bund auf Anschlag gebrachten Mantels --2-- wird eine kegelige Hülse-9-- eingeschoben und dann wird der Gewindering --11-- in das Innengewinde --12-- des Mantels --2-- so weit eingeschraubt,
bis sich die kegelige Hülse --9-- verkeilt. Bei der Drehmontage wird der Gewinde- ring --11-- ausgeschraubt und in die Gewindebohrung --13-- der Kegelhülse --9-- eine mit Hilfe eines Apparates an die Stirnfläche --14-- des Mantels --2-- zum Anschlag gebrachte Abziehschrau-
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--9-- herausgezogentiert.
Fig. 13 zeigt eine Walze, bei der auf dem Kern-l-neben dem zum Anschlag dienenden Bund (Schulter) und dem zur Befestigung dienenden Gewindeteil zur Momentübertragung dienende Polygonmantelflächen --15, 20-- und eine zylindrische Mantelfläche --16-- vorgesehen sind. Jeder Walzring --2-- besitzt eine dem Polygonmantel --15-- des Kernes angepasste Polygonbohrung - -17--, eine an die zylindrische Mantelfläche --16-- des Kernes angepasste zylindrische Bohrung - sowie einen an die Polygon bohrung --17-- des benachbart nächsten Walzringes angepassten Hals --19-- mit polygonaler Mantelfläche. Diese Verbindung wird als eine sogenannte gemischte Verbindung bezeichnet.
Mit diesen unterschiedlichen (gemischten) Verbindungen montierte Walzen ermöglichen Anschlüsse hoher Genauigkeit, so dass der Rundlauffehler der Walzen weitgehend vermindert werden kann (z. B. beim Feinwalzen). Die Walzringe --2-- werden auf dem Kern-l-so angeordnet (gemäss Fig. 13), dass auf den Polygonzapfen --15-- und auf den zylindrischen Mantel --16-- die Polygonbohrung --17-- und die zylindrische Bohrung --18-- des ersten Walzringes - zum Aufsetzen gebracht wird. Die Polygonbohrung --17-- des nächstfolgenden Ringes wird auf den Polygonhals --19-- des vorhergehenden Ringes aufgesetzt.
Nach Aufsetzen des letzten Ringes auf den Kern-l-wird auf die beim Gewindeende des Kernes-l-vorgesehene Polyonfläche - und den Polygonhals --19-- des letzten Ringes eine Mitnehmerscheibe --22-- zum Aufsetzen und an die Stirnfläche --24-- des Ringes zum Anschlag gebracht. Hienach werden die Teile über eine Unterlegscheibe --23-- mittels Gewinderinen --3-- zusammengepresst und so befestigt. Die Demontage der Ringe --2-- erfolgt bei einem Auswechseln in umgekehrter Reihenfolge.
Fig. 14 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Kühlsystems einer Walze. In dem Walzenkern-l-sind zwei zur Achse parallele Bohrungen --25-- und an diese angeschlossen zweckdienlicherweise in radialer Richtung zahlenmässig der Teilung der Ringe --2-- entsprechende Bohrungen --24-- vorgesehen, durch die das Kühlmittel in eine auf der Innenfläche des Mantels ausgearbeitete Kühlnut geleitet wird. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die je nach Bedarf erforderliche Kühlung der Walzringe --2-- auf die Weise gelöst werden kann, dass auf dem Kern-l-das zur Verteilung dienende System der Nuten angefertigt wird, welches bei Austausch der Ringe nicht gewechselt werden muss.
Das kalte Kühlmittel gelangt gemäss Fig. 14 durch die Eintrittsbohrung --27-- in die Walze, durchströmt die innere Auskehlung der Ringe und tritt durch die Auslaufbohrung --28-- wieder aus.
Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform eines entlang seiner Mantellinien mit Nuten versehenen Walzenkernes, bei dem ein zur Ausführung gemäss Fig. 14 ähnliches Ein- und Austrittsbohrungssystem an die entlang der Mantellinie vorgesehenen Nuten des Kernes-l-angeschlossen ist.
Die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit zu bzw. aus den Nuten ist so ausgelegt, dass die Flüssig-
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keit in den entlang des Mantels einander folgenden Nuten jeweils in entgegengesetzter Richtung strömt, so dass die Kühlung entlang der Walze gleichmässi erfolgt. Die Zu- und Auslaufanschlüsse können hier von der Teilung des Mantels unabhängig zu den Nuten geführt werden. Da sämtliche
Kühlkanäle (Nuten) auf dem Kern vorgesehen sind, müssen in den Ringen bzw. im Mantel keine
Kühlnuten eingearbeitet werden, so dass diese Ausführung unabhängig von der Teilung bei Mänteln beliebigen Profils bzw. Systems zur Anwendung gelangen kann.
Die erfindungsgemässen Walzen können neben dem Vorteil ihrer einfachen Konstruktion auch sehr wirtschaftlich mit den vorhandenen universalen Produktionseinrichtungen hergestellt werden.
Die neuartigen Polygonverbindungen können mit den vorhandenen Polygonbearbeitungsanlagen wirt- schaftlich gefertigt werden. Die Mäntel der Walzen können aus den den jeweiligen Beanspruchungen entsprechenden Werkstoffen und auf die entsprechende Art und Weise unabhängig von dem Walzen- kern hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Walze für Walzwerke, mit einem über die gesamte axiale Länge durchgehenden Kern und einem mit diesem über eine einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisende Sitzfläche formschlüssig verbundenen, gegebenenfalls in mehrere axiale Abschnitte unterteilten Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche eine harmonische, kerbfreie Fläche mit polygonalem Profil (20, 21 ; 29,30) ist.