DE2825896A1 - Walzwerk mit gestuetztem walzenaggregat - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-INÜ. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

Postfach 860245 ■ 8000 München 86

Anwaltsakte 29 210 13. Juni 1978

Textron Inc., Providence, Ehode Island, USA

Walzwerk mit gestütztem Walzenaggregat

- Ansprüche -

809831/0850

I· (089) 988272 Tdcfnmme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayet Vereinsbank München 453100 (BLZ 7002027(Q 983310 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzwerk mit einem aus Walzen und Stützelementen gebildeten Walzenaggregat, in welchem die Stützelemente im wesentlichen aus Wellen, Rollen und Wellenstützen bestehen.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Walzwerk der genannten Art mit einer Gehäuseform, in welcher das Gehäusemterial derart verteilt ist, daß nicht-parallele Verformungen des Gehäuses sowie der Bereich von diese auszugleichen bestimmten Einstellungen auf ein Mindestmaß verringert sind, so daß eine zum Ausgleich der Durchbiegung bestimmte Kontourierung der Walzen im gesamten Bereich der normalen Betriebsbedingungen nicht notwendig ist.

An dem Prinzip, die Dicke eines Walzguts unter Vergrößerung seiner Länge zwischen zwei Walzen zu verringern, hat sich zwar seit seiner Einführung nichts geändert, es wurden jedoch verschiedene Arten von Walzwerken entwickelt, um das Walzen von breitem und einen erhöhten Verformungswiderstand aufweisendem Walzgut auf eine dünnere Endstärke zu ermöglichen und wirtschaftlicher zu gestalten.

In einem Walzwerk mit zweiteiligem Walzenaggregat, bei welchem zwei an ihren Enden gelagerte Walzen vorhanden sind, wird die Stärke eines Walzguts dadurch verringert, daß zwischen den Walzen ein Walzenspalt eingestellt wird, welcher unter Belastung eine der gewünschten Walzgutstärke entsprechende Breite aufweist, und daß das Walzgut dann zwischen den Walzen hindurchgeführt wird, dabei befindet

809881/0850

2825898

sich das Walzgut an beiden Walzen in Anlage über eine Fläche, welche durch die Breite des Walzguts und ca. die Hälfte der Differenz zwischen der Stärke des Walzguts beim Eintritt zwischen die Walzen und seiner Stärke beim Austritt zwischen den Walzen bestimmt ist. Eine die Walzen dabei auseinanderzutreiben bestrebte Kraft ist in vereinfachter Darstellung das Produkt aus dem mittleren Verformungswiderstand des Walzguts und der Walzen-Kontaktfläche. Da die Walzen über die gesamte Walzbreite ein im wesentlichen konstantes Flächenträgheitsmoment aufweisen, biegen sie sich mit zunehmendem Abstand von ihren gelagerten Enden bzw. von den Rändern des Walzguts stärker auseinander. Diese nicht-parallele Verformung der Walzen kann bis zu einem gewissen Grade dadurch ausgeglichen werden, daß der Walzendurchmesser über die Walzbreite und darüber hinaus stetig variiert wird, so daß unter Belastung ein parallelseitiger Walzenspalt entsteht. Die Größenordnung des möglichen Ausgleichs ist begrenzt durch die zulässigen Biegebelastungen des Walzen sowie durch die aufgrund der Änderung des Durchmessers und der dadurch hervorgerufenen Unterschiede der Umfangsgeschwindigkeit auftretenden nachteiligen Auswirkungen auf das Walzgut.

Ohne einen solchen Ausgleich ist das Walzgut beim Austritt aus dem Walzenspalt in der Mitte dicker und kürzer und an den Rändern dünner und länger. Ein größerer Walzendurchmesser führt bei einer gegebenen Stärkereduzierung zu einer Vergrößerung des Kontaktwinkeis, der Kontaktfläche und der die Walzen auseinandertreibenden Kraft.

809881/0850

In einem vierteiligen Walzenaggregat sind vier jeweils an ihren Enden gelagerte Walzen im wesentlichen lotrecht zur Walzebene übereinander angeordnet, wobei ,jeweils zwei Walzen an jeder Seite der Walzebene vorhanden sind. Die am Walzgut angreifenden Arbeitswalzen haben einen relativ kleinen Durchmesser, so daß sich ein kleinerer Kontaktwinkel und, bei einer gegebenen Stärkereduzierung und einem gegebenen Verformungswiderstand des Walzguts, eine Verringerung der die Walzen auseinanderzutreiben bestrebten Spaltkraft ergeben. Der Hauptzweck der Lager an den Enden der Arbeitswalzen liegt darin, die Walzen in der Richtung des Walzgutdurchgangs festzuhalten. Die äußeren oder Stützwalzen haben einen beträchtlich größeren Durchmesser als die Arbeitswalzen, um die Biegespannungen herabzusetzen und die nicht-parallele Verformung des gesamten Walzenaggregats möglichst klein zu halten. Die Walzenspaltkraft wird über eine Einrichtung zum Einstellen des Walzenspalts und die Lager an den Enden der Stützwalzen vom Gehäuse aufgenommen. Da die Walzen über die gesamte Walzbreite einen im wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen müssen, ist auch ihr Flächenträgheitsmoment im wesentlichen konstant. Die Größe der nicht-parallelen Verformung des Walzenaggregats über die Walzbreite ist eine Funktion der Größe der Walzenspaltkraft pro Einheit der Walzbreite, der Walzbreite, des Flächenträgheitsmoments der Walzen und des Elastizitätsmoduls des Walzenmaterials. Ein Konturieren wenigstens einer der Walzen zum Ausgleichen der nicht-

809831/08SC

2825898

parallelen Verformung ist allgemein üblich. Die Grenzen einer solchen Konturierung sind durch die für die Walzen zulässigen Biegespannungen sowie durch sich aus der Durchmesseränderung über die Walzbreite, d.h. also aus den sich daraus ergebenden Geschwindigkeitsdifferenzen ergebenden Schwierigkeiten gegeben. Beim Walzen von breitem Walzgut mit hohem Verformungswiderstand ergeben sich weitere Begrenzungen aus dem Aufnahmevermögen der Lager der Stützwalzen sowie aus der Durchbiegung der Arbeitswalzen in der Walzebene aufgrund von Torsionsmomenten und auf die Arbeitswalzen einwirkenden unterschiedlichen Belastungen durch das Walzgut. Mit zunehmendem Abstand von den Lagern der Arbeitswalzen und den Rändern des Walzguts biegt sich die Achse der Arbeitswalzen weiter aus der ursprünglich von den Achsen aller Walzen gebildeten Ebene heraus. Die Durchbiegung der Arbeitswalzen in der Walzebene addiert sich zu der nichtparallelen Verformung lotrecht zur Walzebene, ohne daß die Krümmungen einander entsprechen. Bei Verwendung von Walzen mit größerem Durchmesser vergrößern sich der Eontaktwinke1, die Zontaktfläche, die Walzenspaltkraft usw..

Zur Erzielung einer ein möglichst großes Flächenträgheitsmoment aufweisenden Abstützung zum sicheren Abstützen von einen kleinen Durchmesser aufweisenden Arbeitswalzen in der Walzebene erwies sich ein Walzenaggregat mit dreidimensionaler Anordnung als besonders geeignet. In der einfachsten Ausführung als sechsteiliges Aggregat sind die beiden Stützwalzen eines vierteiligen Aggregats durch

809881/0850

jeweils zwei Stützwalzen ersetzt, deren Achsen im wesentlichen in gleichen Abständen parallel zur Walzebene verlaufen. Jede Arbeitswalze ist von zwei Stützwalzen gestützt, wobei eine Linie vom Angriffspunkt am Walzgut durch die Mitte der Arbeitswalzen zur Mitte der jeweils zugeordneten Stützwalzen die Form des Buchstaben Y hat. Die Zweige des Y stellen die auf die Stützwalzen einwirkenden Vektoren der Walzenspaltkraft dar. Die Größe und Richtung dieser Vektoren sind abhängig von der Größe der Walzenspaltkraft, dem Verhältnis zwischen den Durchmessern der Arbeitswalzen und der Stützwalzen und der relativen Entfernung der Stützwalzen voneinander. Mit wachsendem Durchmesserverhältnis nähert sich die Größe des auf jede Stützwalze gerichteten Kraftvektors derjenigen der gesamten Walzenspaltkraft. Ein größeres Verhältnis zwischen den Durchmessern der Arbeitsund Stützwalzen und damit ein größeres Flächenträgheitsmoment der Stützwalzen wurden ermöglicht durch die Einführung des zwölfteiligen und der zwanzigteiligen, dreidimensionalen Walzenaggregats. Das zwölfteilige Aggrgat hat an jeder Seite der Walzebene eine Arbeitswalze, zwei Zwischenwalzen und drei Stützwalzen. Wie beim sechsteiligen Walzenaggregat wird jede Arbeitswalze von zwei Zwischenwalzen in der Ebene der Walzarbeit festgehalten. Jede Zwischenwalze stützt sich ihrerseits an zwei Stützwalzen ab und wird von diesen festgehalten. Primäre Faktoren bei der Wahl des Durchmessers der Zwischenwalzen sind günstige Kraftvektoren sowie die Ausschaltung von gegenseitiger nachteiliger Beeinflussung der Walzen. In einem zwanzigteiligen

809881/0850

Walzenaggregat sind anstelle der drei Stützwalzen des zwölfteiligen Aggregats drei weitere Zwischenwalzen vorhanden, welche sich an vier Stützwalzen abstützen. Bei bekannten Walzwerken mit dreidimensionalem Walzenaggregat sind die Stützwalzen ähnlich den Walzen von zwei- und vierteiligen Aggregaten an ihren Enden gelagert. Da sämtliche Walzen über ihre Walz- und Stützbreite ein im wesentlichen konstantes Flächenträgheitsmoment aufweisen, sind derartige Aggregate einer nicht-parallelen Verformung unterworfen. Breitere Walzwerke dieser Art zum Walzen von einen hohen Verformungswiderstand aufweisendem Walzgut erfordern deshalb kompensierende Walzenkonturen von beträchtlicher Größe bis hin zum Auftreten von nachteiligen Auswirkungen von Unterschieden der Umfangsgeschwindigkeit.

In früheren Ausführungsformen derartiger Walzenaggregate wurden, die von den Enden der Stützwalzen über deren Lager ausgeübten Vektoren der Walzenspaltkraft von an einer Seite angelenkten und an der anderen Seite mit Zugschrauben und Einrichtungen zum Einstellen des Walzenspalts zusammenwirkenden Rahmen aufgenommen. Wegen des Fehlens von entgegenwirkenden Momenten, wie sie in einem starren Rahmen auftreten, trugen solche angelenkte Rahmen beträchlich zur elastischen Verformbarkeit des Walzwerks insgesamt bei.

Eine Verbesserung von dreidimensionalen Walzenaggregaten erbrachte der Ersatz der Stützwalzen durch Stützelemente, welche im wesentlichen aus Rollen, Wellen und Wellenstützen

809831/0850

bestehen. Die Wellenstützen sind zwischen den einzelnen Rollen sowie nahe den äußersten Rollen an der Welle angeordnet, so daß das Gehäuse des Aggregats die von den Stützelementen übertragenen Vektoren der Walzenspaltkraft an mehreren, über die gesamte Stützbreite verteilten Stellen aufnehmen kann. Die bei älteren Ausführungen durch das Aufnahmevermögen der Lager an den Enden der Walzen gegebenen Begrenzungen in bezug auf die Walzenspaltkraft sind dabei ebenfalls aufgehoben, da die Stützelemente über die gesamte Walzbreite mit den Stützrollen versehen sind und ein dieser Breite proportionales Lastaufnahmevermögen haben. Die Einführung von innerhalb der Wellenstützen auf den Wellen angeordneten Exzentereinrichtungen zum Einstellen der Breite des Spalts zwischen den Arbeitswalzen ermöglichte ferner die Verwendung von einstückigen Gehäusen für das Walzenaggregat. Die Reaktion des Gehäuses gegenüber den über die gesarate Walzbreite an den Abstützstellen der Wellen angreifenden Spaltkraftvektoren der Stützelemente ist von wesentlicher Bedeutung, da das Gehäuse, anders als im Falle von Stützwalzen mit über die genannte Breite im wesentlichen konstantem Flächenträgheitsmoment, hier so ausgeführt sein kann, daß die nicht-parallele Verformung bei einem ganz bestimmten Betriebszustand nahezu vollständig ausgeschlossen und über den gesamten Bereich der Betriebszustände auf ein Mindestmaß verringert ist.

In bezug auf eine als waagerecht angenommene Walzebene besteht das einstückige Gehäuse aus einem oberen und einem

809881/0850

unteren Teil, welche an den vier Ecken zwischen den Durchlässen für das Walzgut und einer Ausnehmung für das Walzenaggregat über vier relativ kurze, einen großen Querschnitt aufweisende Eckstützen miteinander verbunden sind. Die Abmessungen sowie die Form der Durchlässe ist bestimmt durch die Breite des Walzguts sowie durch funktioneile Anforderungen an das Gehäuse. Die Abmessungen und Form der Ausnehmung sind bestimmt durch die Abmessungen des Walzenaggregats bzw. durch die Anordnung von dessen Teilen relativ zueinander. Die Gesaratabmessungen des Gehäuses in der waagerechten Ebene sind somit bestimmt durch die größte Breite des Walzguts, den Aufbau des Walzenaggregats, die zulässige elastische Dehung des Eckstützen unter Belastung usw..

Bekannte Ausführungen eines solchen Gehäuses haben an der Außenseite eine Vielzahl von ebenen Flächen, welche in senkrechten und waagerechten Ebenen sowie in unterschiedlichen Winkeln zu diesen angeordnet sind. Alle Oberflächen sind in bezug auf die Mittelachse des Gehäuses symmetrisch. Um in Bereich der senkrechten Mittelachse des Gehäuses ein großes Flächenträgheitsmoment zu erhalten und die nichtparallele Verformung des Gehäuses möglichst zu verringern, sind die oberen und unteren Gehäuseteile durch ebene, abgeschrägte Flächen begrenzt, welche von den vier Seiten des Gehäuses ausgehen und um die senkrechte Mittelachse herum in einer waagerechten Fläche auslaufen. Oberhalb und unterhalb der Durchlässe für das Walzgut weist ein solches

809881/08S0

Gehäuse parallele oder nahezu parallele Querschnittsforraen auf, mit einem über die Valzbreite bzw. Walzenbreite im wesentlichen konstanten Flächenträgheitsmoment. Ausgenommen bei sehr kleinen Walzbreiten, erwies es sich ungeachtet diesbezüglicher Behauptungen aufgrund von Betriebserfahrungen als notwendig, nicht nur eine einzige Walzenkontur für den Ausgleich von nicht-parallelen Verformungen des Gehäuses vorzusehen, sondern sogar mehrere verschieden stark ge krümmte Konturen für den Ausgleich von Verformungen des Gehäuses bei verschiedenen Walzbreiten und Walzenspaltkräften.

Im Bestreben, die Notwendigkeit von Konturwalzen über den normalen Bereich verschiedener Walzbreiten und Walzenspaltkräften zu erübrigen, wurden einstellbare Einrichtungen für den Ausgleich der nicht-parallelen Verformung des Gehäuses vorgeschlagen. Dabei waren zunächst einzeln einstellbare Exzentereinrichtungen an den Wellenstützen eines Stützelements vorgesehen. Da deren Wirkung an nur einem Stützelement sehr begrenzt war, wurden derartige Einrichtungen später an den beiden inneren Stützelementen der oberen Walzengruppe vorgesehen, wobei eine Ausgleichsverstellung unter Belastung durch Antriebseinrichtungen ermöglicht wurde. Diese Einstellmöglichkeit erübrigte in den meisten Walzwerken die Notwendigkeit von verschiedenen Konturwalzen, bei breiteren Walzenaggregaten war jedoch weiterhin wenigstens eine Walze mit gekümmter Kontur notwendig, woraus hervorgeht, daß die Gehäuseform und das sich

809881/0850

At

daraus ergebende Verhältnis zwischen den Jlächenträgheitsmomenten den Betriebsbedingungen innerhalb des üblichen Bereichs nicht genügen konnten. Die Wirkung der Ausgleichseinrichtungen wurde von den Erfordernissen für die Unterbringung der Antriebseinrichtungen teilweise aufgehoben. Das Mittelstück des oberen Gehäuseteils im Bereich des Walzenaggregats, welches bis dahin etwa trapezförmig war, um einen günstigen Verlauf der Flächenträgheitsmomente zu erzielen, wurde nun parallelwandig ausgeführt, um den Antrieb für die Ausgleichseinrichtungen unterzubringen. Aus der Asymmetrie zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseteil ergaben sich nun unterschiedliche Verformungskurven für die beiden Teile, welche insgesamt unverträglich mit den beim herkömmlichen Walzenschleifen erzielbaren Konturkrümmungen sein können. Die Ausgleichseinstellung mußte daher zu einem großen Teil dafür aufgewendet werden, die von dieser Unsymmetrie hervorgerufenen nachteiligen Wirkungen auszugleichen.

Eine vor kurzem eingeführte, von den herkömmlichen verschiedene Gehäuseform ist in der US-PS 3 815 4-01 beschrieben. Die Gehäuseform ist im wesentlichen bestimmt durch zwei schwere Seitenrahmen an den die Durchlässe für das Walzgut aufweisenden Enden des Gehäuses und eine obere sowie eine untere, sich zwischen den Rahmen erstreckende Platte, welche in der Mitte am dicksten ist und sich zu beiden Seiten hin verjüngt, so daß also die Höhe der Seitenrahmen wenigstens im wesentlichen gleich dem größten senkrechten Abstand zwischen der Unterseite der untei-en Platte

809881/0850

2825898

und der Oberseite der oberen Platte ist. Die kombinierte Wirkung der Verformungen der Seü.enrahmen und Platten ist über die gesamte Arbeitslänge der Arbeitswalzen innerhalb des normalen Bereichs der Arbeitsbedingungen, also bei verschiedenen Walzbreiten und Walzenspaltkräften, angeblich im wesentlichen konstant. Diese Gehäuseform erfordert angeblich keinerlei Bombierung für alle Betriebsbedingungen, d.h. als keinerlei Ausgleich für nicht-parallele Verformungen. Zur Unterstützung dieser Behauptung wurden herkömmliche Trägertheorien angeführt.

Die Querschnittshöhe des oberen und des unteren Teils eines Gehäuses für ein Walzenaggregat ändert sich beträchtlich zwischen der Mitte des Gehäuses und den die Durchlässe für das Walzgut begrenzenden Flächen, da für die Unterbringung und Abstützung des Walzenaggregats sowie für die Gestaltung der Durchlässe für das Walzgut und die Anbringung von zusätzlichen Einrichtungen bestimmte Erfordernisse zu erfüllen sind. Die schweren Seitenrahmen stellen an den von dem Angriffspunkt der Belastungen, d.h. also von den Ausnehmungen für das Walzenaggregat, am weitesten entfernten Stellen eine plötzliche erhebliche Querschnittsvergrößerung dar. Keine der herkömmlichen Trägertheorien ist geeignet, das Verformungsverhalten eines Balkens oder Trägers mit derartig plötzlichen Änderungen des Flächenträgheitsmoments in verschiedenen Abständen vom Lastangriffspunkt auch nur einigermaßen genau zu bestimmen. Ein Abschnitt relativ kleiner Querschnittsgröße nahe dem Lastangriffspunkt wird

809881/0850

sich unter Belastung offensichtlich stärker verformen als ein weiter entfernter, einen größeren Querschnitt aufweisender Abschnitt des Trägers, insbesondere wenn zwischen den beiden Abschnitten ein sehr plötzlicher Übergang vorhanden ist. Im Gegensatz zu der Behauptung, die kombinierten Wirkungen der Verformungen der Rahmen und Platten seien unter verschiedenen Belastungen und Lastverteilungen über die Arbeitslänge der Arbeitswalze im wesentlichen konstant, stimmen die Theorien darin überein, daß die Form und die Größenordnung der Verformungskurve eines Trägers durch eine Änderung der Belastung und ihrer Verteilung beeinflußt werden. Dies zeigt auch die bei früheren Walzwerken dieser Art festgestellte Notwendigkeit von mehreren verschiedenen Walzenkonturen. Anders als bei der zu den Seiten hin verjüngten, in der Mitte die größte Stärke aufweisenden Platte und den schweren Seitenrahmen ergibt sich bei der Anwendung der Trägertheorien auf die Form eines Trägers, welcher unter gegebenen Belastungsbedingungen nahezu keiner nicht-parallelen Verformung unterworfen ist, ein Flächenträgheitsmoment in Form einer über die Länge des Trägers verlaufenden Kurve. Nähere Einzelheiten in dieser Hinsicht ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Gehäuseform für ein Walzwerk mit dreidimensional angeordnetem Walzenaggregat, bei welcher das Material des Gehäuses derart proportioniert ist, daß die die Spaltbreite zwischen den Arbeite-

809881/0850

walzen beeinflussende nicht-parallele Verformung des Gehäuses unter den normalen Arbeitsbedingungen beim Walzen auf ein Minimum bzw. auf einen innerhalb der Begrenzungen von verstellbaren Ausgleichseinrichtungen liegenden Bereich begrenzt bleibt und daher keine zum Ausgleich der Verformung konturierte Walzen notwendig sind.

Die Erfindung erstreckt sich somit auf die im folgenden beschriebenen Gestaltungen, Kobinationen von Elementen und Anordnungen von Teilen sowie ferner auf den in den Ansprüchen angegebenen Bereich.

Gemäß der Erfindung hat ein Walzwerk mit einem Walzenaggregat in dreidimensionaler Anordnung ein Gehäuse mit an den Außenseiten gekrümmten, das Walzenaggregat abstützenden oberen und unteren Gehäuseteilen, welche an den Ecken des Gehäuses über vier Stützen miteinander verbunden sind. Die Außenfrom der oberen und unteren Gehäuseteile ist definiert durch Kurven mit zwei oder drei Eadien oder einer Kombination solcher Kurven und Eadien, so daß die Abmessungen der Gehäuseteile so proportioniert sind, daß die Summe ihrer nicht-parallelen Verformungen und ihre Wirkung auf den Walzenspalt über die gesamte Walzbreite für einen normalen Betriebszustand auf ein Mindestmaß beschränkt und ihr Bereich im übrigen auf eine Größenordnung innerhalb der Begrenzungen von einstellbaren Ausgleichseinrichtungen begrenzt ist. Als Ergebnis entfällt die Notwendigkeit von Walzenkonturen für den Ausgleich der Verformungen.

809881/0850

- 2825898

'Q

Im folgenden sind Ausführungsbeispxele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines in einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Walzenaggregats mit eingezeichneten Walzenspaltkraften und davon abgeleiteten, über Stützelemente zur Wirkung kommenden Kraftvektoren,

Fig. 2 eine isometrische Darstellung der von den einzelnen Wellenstützen der oberen Stützelemente ausgeübten Kraftvektoren sowie der waagerechten und senkrechten Komponenten der "Vektoren,

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer Vorform eines oberen Gehäuseteils, welcher auch die des unteren Gehäuseteils entspricht,

Fig. 4- eine isometrische Ansicht einer weiteren Vorform des oberen oder auch unteren ^ehäuseteils,

Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer möglichen Endform des oberen oder auch unteren Gehäuseteils und

Fig. 6 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses für ein Walzenaggregat.

Ein insgesamt in Fig. 1 und 6 dargestelltes Gehäuse hat ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 1 bzw. 2, Eckstützen 3 und Walzgut-Durchlasse 10.

Ein darin untergebrachtes Walzenaggregat setzt sich zusammen aus Arbeitswalzen 9» Jeweils zwei diese abstützenden inneren Zwischenwalzen 8, äußeren Zwischenwalzen 7 tuid diese abstützenden Stützelementen, welche sich Jeweils aus

809881/0850

Rollen 4, Wellen. 5 ^und Vellenstützen 6 zusammensetzen. Der Aufbau der Stützelemente ist im Einzelnen aus der US-PS 3 528 274 zu entnehmen. Die auf das Gehäuse eines solchen Walzenaggregats einwirkenden Kräfte und die Reaktion des Gehäuses auf diese Kräfte verdeutlichen die durch die Erfindung geschaffenen Verbesserungen.

Die in Fig. 1 durch den Pfeil 11 angegebene, die Walzen auseinanderzutreiben bestrebte Walzenspaltkraft wird nach dem elementaren algebraischen System für die Auflösung von Kräften über die Mitte der Arbeitswalzen 9 und der Zwischenwalzen 7 und 8 in einen von den inneren Stützelementen ausgeübten Kraftvektor 12 und einen von den äußeren Stützelementen ausgeübten Kraftvektor 13 zerlegt. Die Kraftvektoren 12, 13 stellen die Summe der wie in Fig. 2 über die einzelnen Wellenstützen 6 ausgeübten Kraftvektoren dar. In Fig. 2 erkennt man ferner die senkrechten und waagerechten Kraftvektoren 14, 15 bzw. 16, 17, wie man sie bei Anwendung des elementaren algebraischen Systems für die Auflösung von Kräften erhält.

Um die Reaktion des Gehäuses gegenüber den in der Ebene von Fig. 1 auf es einwirkenden Kräften zu beurteilen, kann man die Kraftvektoren 12 und 13 durch die Summe ihrer jeweiligen Komponenten 14, 16 bzw. 15, 17 ersetzen. Die Gehäuseteile oberhalb und unterhalb des Walzenaggregats sind dann einem Moment unterworfen, dessen Kräfte den Summen der vertikalen Komponenten 14 bzw. 15 der beiden inneren bzw. äußeren Stützelemente entsprechen. Die Gehäuse-

809881/0850

2825888

teile links und rechts des Walzenaggregats sind jeweils einem Moment unterworfen, dessen Kräfte den Summen der "waagerechten Komponenten 16 bzw. 17 der beiden inneren bzw. der beiden äußeren Stützelemente entsprechen. !Theorien über die Verformung von geschlossenen Rahmen unter Einwirkung von Kräften, darunter die Theorie nach A.I. Zelikow über die Verformung von geschlossenen Walzengehäusen, stimmen darin überein, daß keine Seite eines geschlossenen Rahmens durch Verformung auf ein Moment reagieren kann, ohne daß sich die anderen Seiten des Rahmens ebenfalls verformen, wobei die Verformung der ersten Seite durch den Verformungswiderstand der übrigen Seiten vermindert wird. Die auf die waagerechten Teile des Gehäuses einwirkenden Momente haben also nicht nur den Widerstand dieser Teile gegen eine Verformung nach außen zu überwinden, sondern auch den Widerstand der senkrechten Gehäuseteile gegen eine Verformung nach innen. Ebenso haben die auf die senkrechten Teile des Gehäuses einwirkenden Momente nicht nur den Widerstand dieser Teile gegen eine Verformung nach außen zu überwinden, sondern auch den Widerstand der waagerechten Gehäuseteile gegen eine Verformung nach innen. Jedes Moment wirkt somit also auf ein Teil des Gehäuses ein, welches über eine kurze Spanne ein relativ großes Flächenträgheitsmoment aufweist und darüber hinaus der Einwirkung eines Gegenmoments unterworfen ist, welches durch die in der anderen Ordinate auf die Gehäuseteile einwirkenden Momente hervorgerufen wird. Allein die Differenz zwischen den Wirkungen des Moments und des Gegenmoments kann eine

809881/0850

Verformung eines Gehäuseteils in Verbindung mit der Verformung von Gehäuseteilen in der anderen Ordinate bewirken. Eine solche Differenzs läßt sich weiterhin dadurch verringern, daß die Abmessungen der Teile des Walzenaggregats im Hinblick auf die Erzielung günstiger Vektoren 12, 13 aufeinander abgestimmt werden und daß die kurzen Stützen zwischen dem das Walzenaggregat enthaltenden Hohlraum und den Walzgutdurchlässen 10 im Hinblick auf ein günstiges Flächenträgheitsmoment bemessen werden. Im Hinblick auf diese Erwägungen ist die nicht-parallele Verformung der Gehäuseteile in der zu Fig. 1 lotrechten Ebene vernachlässigbar.

Ein solcher, wenigstens nahezu vollständiger Ausgleich von Momenten und Gegenmomenten kann in der sich zwischen der in Fig. 1 dargestellten Gehäuse-Vorderseite und der Rückseite des Gehäuses erstreckenden senkrechten Gehäuseebene in Abwesenheit von in der waagerechten Ebene in Richtung auf die Vorder- und die Rückseite des Gehäuses einwirkenden Kräften nicht erzielt werden. Die senkrechten Kraftkomponenten 14, 15 belasten die oberen und unteren Gehäuseteile und würden zu einer nicht-parallelen Verformung derselben führen, sofern diese Gehäuseteile nicht so geformt sind, daß sie einer solchen Verformung widerstehen können. Abweichungen von der Idealform für einen gegebenen Belastungszustand führen zu senkrechter nicht-paralleler Verformung der oberen und unteren Gehäuseteile unter Einwirkung der von den Kraftkomponenten 14, 15 hervorgerufenen Momente,

809881/0850.

wobei sich jedoch die Größe der nicht-parallelen Verformung durch das durch den Verforraungswiderstand der Stützen 3 hervorgerufene Gegenmoment verringert.

In der sich zwischen der in Fig. 1 dargestellten Vorderseite und der Rückseite des Gehäuses erstreckenden waagerechten Ebene belasten die waagerechten Kraftkomponenten 16, 17 die oberen und unteren Gehäuseteile, so daß diese aufgrund der durch die waagerechten Kraftkomponenten 16, 17 hervorgerufenen Momente einer nicht-parallelen Verformung unterworfen wären, sofern sie nicht so geformt sind, daß sie einer unter diesem Belastungszustand auftretenden nichtparallelen Verformung widerstehen können.

Eine schrittweise Erklärung, beginnend mit den senkrechten Kraftkomponenten 14, 15 und der Verformungsreaktion der oberen und unteren Gehäuseteile darauf, dient zur Erleichterung des Verständnisses der durch die erfindungsgemäße Gehäuseform erzielten Verbesserung. Angesichts der Tatsache, daß die Abmessungen dieser Gehäuseteile durch die damit zusammenhängenden Abmessungen des Hohlraums für das Walzenaggregat,, der Walzgutdurchlässe 10 sowie die gewünschte Querschnittsfläche der Stützen 3 innerhalb enger Grenzen vorgegeben sind, können herkömmliche Trägertheorien herangezogen werden, um in einem ersten Schritt die Form der oberen und unteren Gehäuseteile in der sich zwischen der in Fig. 1 gezeigten Vorderseite und der Rückseite des Gehäuses erstreckenden senkrechten Ebene zu bestimmen. Ein Träger, bei welchem unter einer gegebenen Belastung

809881/0860

die nicht-parallele Yerformung über ein Teil seiner Spannweite nahezu gleich Null ist, hat über die gesamte Länge dieses Teils der Spannweite ein Flächenträgheitsraoment, welches auf die sich unter dieser Bedingung ergebende Verformungskurve eines Trägers mit konstantem Flächenträgheitsmoment abgestimmt ist. Aus der Anwendung dieser Theorie im Hinblick auf eine solche Wirkung auf die durch die senkrechten Kraftkomponenten 14, 15 über deren Wirkungsspannweite hervorgerufenen Lastbedingungen ergibt sich als erster Schritt die Bemessung des Flächenträgheitsmoments des oberen und des unteren Gehäuseteils in der senkrechten Ebene über dieser Spannweite. Bei Gleichsetzung einer gewünschten belastung mit der maximalen Trägerbelastung läßt sich die Flächenträgheitsmomentenkurve ohne Schwierigkeit zu absoluten Abmessungen auflösen. Fig. 3 zeigt die unter Anwendung dieser Theorien im ersten Schritt definierte Form des oberen Gehäuseteils 1, welche auch für das untere Gehäuseteil zutrifft.

Fig. 4 zeigt die in einem zweiten Schritt definierte Form des oberen Gehäuseteils 1, welche ebenfalls auch für das untere Gehäuseteil zutrifft. In Anpassung an die Notwendigkeit, das Walzenaggregat unterzubringen und abzustützen, bleiben die im ersten Schritt definierten Proportionen der Flächenträgheitsmomente über die von den senkrechten Kraftkomponenten 14, 15 belastete Spannweite im zweiten Schritt weitgehend erhalten. Die Außenkrümmung über die Breite der Gehäuseteile, welche einen sehr stetigen Übergang

809881/0850

herbeiführt, verringert die Höhenunterschiede des Querschnitts, wie sie im Hinblick auf die Unterbringung und Abstützung des Walzenaggregats notwendig sind, und vermeidet die Konzentration eines großen Flächenträgheitsmoments in von den Angriffsstellen der senkrechten Kraftkomponenten 14, 15 entfernten Bereichen. Diese Voraussetzungen sind wesentlich für die Erzielung der Vorhersagbarkeit des Verformungsverhaltens der die oberen und unteren Gehäuseteile darstellenden Träger unter der Belastung in bezug auf die Spannweite, über welche diese Kräfte angreifen.

Der letzte Schritt bei der Entwicklung der Form für das obere und das untere Gehäuseteil berücksichtigt die durch die in der waagerechten Ebene zwischen der in Fig. 1 gezeigten Vorderseite und der Rückseite des Gehäuses wirksamen Kraftkomponenten 16, 17 hervorgerufenen Momente, sowie die in einem gegebenen Belastungszustand über die Spannweite, auf welche die Kraftkomponenten 16, 17 ein-, wirken, hervorgerufene nicht-parallele Verformung, wie sie an diesen Gehäuseteilen aufträte, wenn diese nicht so geformt sind, daß sie Flächenträgheitsmomente aufweisen, welche der nicht-parallelen Verformung über diese Spannweite in der waagerechten Ebene bei dem gegebenen Belastungszustand widerstehen oder die herabsetzen. Die nichtparallele Verformung in der waagerechten Ebene dieser Gehäuseteile über diese Spannweite läßt sich dadurch vermeiden, daß eine Außenterümmung in der waagerechten Ebene vorgesehen wird und daß die Außenkrümmung in der senk-

809881/0850

rechten Ebene proportional dem Einfluß, welche die Änderungen der Abmessungen in der waagerechten Ebene au£ die Proportionen des Flächenträgheitsmoments in der senkrechten Ebene haben, verringert wird. Durch Integrieren der in der waagerechten Ebene notwendigen Proportionen des Flächenträgheit smoments mit den sich bei einer ungeänderten oder verstärkten Außenkrümmung in der senkrechten Ebene ergebenden Proportionen des Flächenträgheitsmoments kommt man zu einer Krümmung geringerer Größe in der waagerechten Ebene oder zu einem Wegfall dieser Krümmung, wodurch die nicht-parallele Verformung in der waagerechten Ebene verringert und der verbleibende Rest durch eine kompensierende Verformung in der senkrechten Ebene ausgeglichen wird. Fig. 5 zeigt das gemäß der Erfindung geformte Gehäuse-Oberteil 1 mit Außenkrümmungen 18 in der waagerechten Ebene und integrierten Proportionen der Flächenträgheitsmomente in beiden Ebenen. Das Ergebnis der Integration der in der waagerechten Ebene benötigten Proportionen des Flächenträgheitsmoments mit den Proportionen, welche sich bei einer bis zum Entfallen der Notwendigkeit für die Außenkrümmung 18 verstärkten Außenkrümmung in der senkrechten Ebene ergeben, ist in Fig. 6 in Form eines gemäß der Erfindung geformten Gehäuses für ein Walzenaggregat dargestellt, welches ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 1 bzw. 2, deren Außenform durch Kurven definiert ist, sowie die Eckstützen 3 und die Walzgutdurchlässe 10 aufweist.

809881/0850

2825898

Aus dem Verformungsverhalten eines Trägers unter Belastung geht hervor, daß die nicht-parallele Verformung über einen Teil der Träger-Spannweite, z.B. die Walz- oder Stützbreite des Walzenaggregats, unter dem gegebenen Belastungszustand allein durch die Proportionierung des Gehäusematerials oder des von diesem dargestellten Flächenmoments im Hinblick auf die Verformungskurve eines ein konstantes !Flächenträgheitsmoment aufweisenden Trägers, wie er durch die Außenform des erfindungsgemäßen Gehäuses dargestellt ist, beseitigt oder auf eine proportionale Krümmung von geringster Größe reduziert werden kann. Kleinere Abweichungen von den idealen Krümmungen für einen Belastungszustand oder normale Variationen des Belastungszustands,, durch welche eine nicht-parallele Verformung dec außen gekrümmten Gehäuseteile 1, 2 hervorgerufen werden könnte, werden in Übereinstimmung mit den Theorien über das Verformungsverhalten geschlossener Rahmen wenigstens teilweise durch den Widerstand der Eckstützen 3 gegen eine solche Verformung ausgeglichen. Wirtschaftliche Erwägungen in bezug auf das Walzen legen es nahe, ein Walzwerk im Grenzbereich der Walzenspaltkraft und der Walzbreite zu betreiben. Beim Walzen mit weniger als der größten Walzbreite wird die Walzenspaltkraft durch das Flächenträgheitsmoment des aus den Arbeitswalzen-9, den inneren Zwischenwalzen 8 und den äußeren Zwischenwalzen 7 gebildeten Walzenaggregats über die Walzbreite hinaus auf die benachbarten Wellenstützen 6 verteilt, so daß sich der Verformungseffekt verringert, welcher durch die Auswirkung der Walzenspalt-

809881/0850

kraft nur über ein Teil der vollen Walzbreite anderenfalls aufträte. Zur Erzielung eines Zustands, bei welchem unter Soll-Arbeitsbedingungen im wesentlichen keine nichtparallele Verformung auftritt, wird durch das gemäß der Erfindung geformte Gehäuse für ein Walzenaggregat über die gesamte Soll-Walzbreite ein paralleler oder nahezu paralleler Spalt zwischen den Arbeitswalzen 9 aufrechterhalten, und die Unparalleleität des Spalts über die gesamte Walzbreite ist im Bereich der normalen Betriebsbedingungen auf eine innerhalb des Einstellbereichs von einstellbaren Ausgleichseinrichtungen liegende Größe begrenzt,, so daß den Einstellbereich der Ausgleichseinrichtungen übersteigende nicht-parallele Verformungen des Gehäuses nicht durch Konturwalzen ausgeglichen zu werden brauchen, wie dies bei bekannten Gehäusen dieser Art der Fall ist. Ein Beispiel für eine einstellbare Ausgleichseinrichtung mit auf einer Welle entsprechend der Welle 5 aufgekeilten exzentrischen Lagerscheiben ist in der vorstehend bereits genannten US-PS 3 528 274- beschrieben.

Während das in Fig. 6 dargestellte Gehäuse einstückig ausgeführt, beispielsweise gegossen ist, kann ein solches Gehäuse auch aus verschiedenen Einzelteilen bestehen, welche zur Erzielung der gleichen Wirkung miteinander verbunden sind. Geringfügige Änderungen der Gehäuseform können beispielsweise für die Anbringung von anderen Einrichtungen am Gehäuse oder für die Montage desselben und dergl. notwendig sein, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

809881/0850

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

809881/0850

Leerseife

Claims (6)

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR Postfach 860245 - 8000 München 86 Anwaltnakle 29 210 Patentans

1.J Walzwerk mit gestütztem Walzenaggregat, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einem oberen und einem unteren, jeweils im wesentlichen rechteckige Grundrißform aufweisenden Teil (1, 2) sowie mit vier das obere und das untere Teil miteinander verbindenden Eckstützen (3)i und durch ein eine Anzahl von oberen und unteren Stützelementen (4-, 5? 6) aufweisendes Valzenaggregat (4 bis 9)» sowie ferner dadurch, daß die Form des oberen und des unteren Gehäuseteils durch in einer Ebene einer Achse eines Stützelements lotrecht zu den Seiten des Gehäuses und in einer lotrecht zur genannten Achse verlaufende Kurven derart definiert ist, daß jedes Gehäuseteil die Wirkung eines Bogenträgers hat und der höchste Punkt jedes Gehäuseteils mit der senkrechten Mit-

80988 1 /0850

P(089) 988272 Telegramme: Biokkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: B«ya: Vereinstank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck Manchen 65343-808 (BLZ 70010080)

2825898

telachse des Gehäuses zusammenfällt.

2. Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des unteren und des oberen Gehäuseteils (1, 2) sowie das Flächenträgheitsmomenf: des Materialquerschnitts in bezug auf die Durchbiegung einer ein konstantes Flächenträgheitsmomeni: aufweisenden Querschnittsform derart abgestimmt sind, daß die nichtparallele Verformung über die gesamte Walzbreite des Walzwerks unter Last verhindert oder auf ein Mindestmaß beschränkt ist.

3. Walzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehungen zwischen den Flächenträgheitsmomenten in der senkrechten Ebene der oberen und unteren Gehäuseteile (1, 2) mit den entsprechenden Beziehungen zwischen den Flächenträgheitsmomenten in der wa-gerechten Ebene integriert sind.

4. Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelement^ (4) einstellbare Einrichtungen (5, 6) zum Ausgleichen von nicht-parallelen Verformungen des Gehäuses aufweisen.

5« Walzwerk mit abgestütztem Walzenaggregat, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einem oberen und einem unteren, jeweils im wesentlichen rechteckige Grundrißform aufweisenden Gehäuseteil (1, 2) sowie mit vier die Gehäuseteile miteinander verbindenden Eckstützen (3) und durch ein Walzenaggregat (4 bis 9) mit

809881/0850

' " 2025896

einer Anzahl von oberen und unteren St ützelomenten (^l bin 6), wobei die oberen und unteren Gehäuseteile ,jeweils eine konvexe Außenfläche und eine Walzenmulde aufweinen und die WaI "enniulden jexveilFs so reformt sind, daß sich Flächenträ^heirnmomente ergeben, welche durch die Valzkräftc hervorp;ei'ufenen nicht-parallelen Verformungen zu widerp teil en vcrraöf cn.

6. ¥alsv/erk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dar. V;alzenapgre^at (4· bis 9) zwanzipteilifr int, einschließlich vierer oberer und vierer unl.eror St iitzelemente (4 bis 6).

809881/0880