DE4241267A1 - Vielwalzengerüst - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vielwalzengerüst nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vielwalzengerüste werden zur Herstellung ebener Bänder, wie zum Beispiel von Stahlbändern, verwendet. Um Bänder mit planer Oberfläche zu erhalten ist es erforderlich, die Walzspaltkontur dem Profil des einlaufenden Bandes anzupassen. Beim Walzen derartiger Bänder soll die Umformung des Materials, das heißt die Streckung des Bandes, bezogen auf die Bandbreite gleich sein, und zwar unabhängig von eventuellen Dickenschwankungen des in das Walzengerüst einlaufenden Bandes.

Bei Zwei- oder Vierwalzengerüsten ist hierzu die Bombierung der Arbeitswalzen und/oder eine Biegung derselben bekannt.

Bei Vierwalzengerüsten wird die Anpassung an das Bandprofil unter anderem dadurch erreicht, daß die die Stützrollen gegen das Lagergehäuse abstützenden Sattelstücke unterschiedlich zugestellt werden, wodurch die die Stützrollen tragende Stützrollenwelle gebogen wird und dementsprechend die Stützrollen ebenfalls entsprechend ihrer Teilung über die Länge der Stützrollenwelle gebogen werden, über die Zwischenwalzen die Arbeitswalzen biegen und so die Walzspaltkontur beeinflussen.

Die Biegung der Stützrollenwelle erfolgt in bekannter Weise über Bauelemente, die auf die die Stützrollen abstützenden Sattelstücke wirken, wie zum Beispiel durch Zahnstangen oder Hebel bewegbare Exzenter, durch Schrauben, Hydraulikzylinder oder andere Stellglieder bewegbare Keile, durch mit Drehantrieben versehene Gewindespindeln oder dergleichen.

So ist zum Beispiel in der EP 0 476 905 A2 ein solches Vielwalzengerüst beschrieben, bei dem die Bewegung der Sattelstücke über auf der Stützrollenwelle vorgesehene Exzenter bewirkt wird, welche über einen Zahnrad/Zahnstangenantrieb betätigt werden.

All diesen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie im Bereich der Selbsthemmung oder in deren Grenzbereich arbeiten. Bei Einleitung einer Stellbewegung muß das entsprechende Bauelement zunächst aus der Haftreibung losgebrochen werden. Sobald die Vorrichtung in Bewegung ist, ändert sich der Reibwert und es erfolgt unter Umständen ein Nachlauf, der so groß sein kann, daß anschließend eine Rückwärtsbewegung eingeleitet werden muß, um die gewünschte Position der Stützrollen bzw. die gewünschte Verbiegung der Arbeitswalze zu erreichen.

Es ist daher mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich, während des Banddurchlaufs eine ruckfreie Einstellung der Biegung der Stützrollenwelle und somit die partielle Biegung der Arbeitswalze bzw. deren Anpassung an das einlaufende Bandprofil mittels eines Regelkreises zu erhalten.

Zur Erzielung einer optimalen Planheit ist jedoch eine solche laufende Anpassung der effektiven Walzspaltkontur an das Profil des einlaufenden Bandes notwendig, wobei die Änderungen in der Einstellung im Bereich weniger Mikrometer liegen und zur Vermeidung nachteiliger Einflüsse auf den Walzbetrieb absolut ruckfrei erfolgen müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß eine ruckfreie Einstellung der Walzspaltkontur durch entsprechende Biegung der Arbeitswalzen während des laufenden Walzbetriebes erfolgen kann.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist bei einem gattungsgemäßen Vielwalzengerüst dabei vorgesehen, daß die die Sattelstücke einstellenden und damit die Stützrollen und somit auch die Arbeitswalze biegenden Verstellvorrichtungen aus Druckelementen bestehen, welche direkt am jeweiligen Sattelstück angreifen und dieses beaufschlagen, so daß die Bewegung der Druckelemente direkt auf die Sattelstücke übertragen wird und nachteilige Einflüsse der im selbsthemmenden Bereich arbeitenden bekannten Stellglieder vermieden werden. Dadurch wird ein ruckfreies Einstellen und erforderlichenfalls auch Nachstellen des Walzspaltes auch während des Walzbetriebes gewährleistet und es ist möglich, die Verstellvorrichtung mit einer Regelvorrichtung zu versehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels eines Zwölf-Rollen-Walzwerkes beschrieben. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines derartigen Walzwerkes in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Walzwerk aus Fig. 1 mit einer herkömmlichen Verstellvorrichtung,

Fig. 3 ein entsprechendes Walzwerk mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 4 das erfindungsgemäße Walzwerk in einer Ansicht entlang der Schnittstelle A-B aus Fig. 3.

In der Fig. 1 ist der Grundaufbau eines derartigen Walzwerks am Beispiel eines Zwölf-Rollen-Walzwerks dargestellt. Das dort in einer Seitenansicht gezeigte Walzgerüst besteht aus dem Gerüstrahmen 1, in dem verstellbar das Lagergehäuse 2 angeordnet ist. Dieses Lagergehäuse 2 nimmt drei Stützrollensätze 6 auf, welche ihrerseits über die Zwischenwalzen 5 die Arbeitswalze 4 tragen. Die genannte Anordnung ist im gezeigten Ausführungsbeispiel spiegelbildlich nochmals im Walzgerüst 1 vorhanden. Die Spiegelebene wird dabei durch die Materialdurchlaufbahn des zu walzenden Bandmaterials gebildet, so daß das Band 13 zwischen zwei Arbeitswalzen 4 hindurchgeführt wird. Der Aufbau des unteren Lagergehäuses mit seinen Walzen entspricht dem oberen, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt und die Erfindung im folgenden anhand des oberen Lagergehäuses 2 und der ihm zugeordneten Teile erläutert wird.

Die Fig. 2 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung eine Verstellvorrichtung der aus dem Stand der Technik bekannten Art in einem derartigen Walzgerüst. Mit 2 ist wiederum das obere Lagergehäuse bezeichnet, welches die drei Stützrollensätze 6, die Zwischenwalzen 5 und zwischen den beiden Arbeitswalzen 4 das zu walzende Bandmaterial 13 aufnimmt. Jeder der drei Stützrollensätze besteht aus einer Stützrollenwelle 14, die über ihre Länge verteilt einzelne Stützrollen 15 trägt. Die Stützrollensätze 6 sind dabei über zwischen den einzelnen Stützrollen 15 auf der Stützrollenwelle 14 angeordnete Sattelstücke 16 am Lagergehäuse 2 abgestützt. Um nun eine gewünschte Anpassung der Walzspaltkontur zu erreichen werden einzelne der Sattelstücke 16 eines oder mehrerer Stützrollensätze 6 über ihnen zugeordnete Verstellvorrichtungen so verschoben, daß die Stützrollenwelle 14 und über diese einzelne Stützrollen 15 verbogen werden und diese Biegung an die Zwischenwalzen 5 sowie die Arbeitswalze 4 weitergegeben wird. Durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Verstellvorrichtungen kann eine gewünschte Walzspaltkontur gebildet werden.

Jede einzelne Verstellvorrichtung umfaßt ein Druckstück 7, welches auf das ihm zugeordnete Sattelstück 16 wirkt. Ferner weist die Verstellvorrichtung einen im Lagergehäuse 2 beweglich geführten Keil 8 auf, der über eine ebenfalls im Lagergehäuse 2 angeordnete Gewindespindel 9 mit Antrieb 10 derart bewegbar ist, daß eine Verschiebung des Keils 8 über dessen Berührungsfläche mit dem Druckstück 7 zu einer Verstellung des entsprechenden Sattelstücks 16 führt. Durch individuelle Ansteuerung der Antriebe 10 kann somit jedes Sattelstück 16 individuell verstellt werden und so in der oben beschriebenen Weise der Arbeitswalze die gewünschte Biegung bestimmt werden. Wie schon einleitend erwähnt weist diese bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß ihre Bauteile, daß heißt die Druckstücke 7, Keile 8 und Spindeln 9 im Bereich bzw. Grenzbereich der Selbsthemmung arbeiten und daher ein ruckfreies Verstellen der Sattelstücke und somit eine geregelte Anpassung der Biegung der Arbeitswalze an das Profil des einlaufenden Bandmaterials unmöglich machen.

Hier setzt nun die anhand der Fig. 3 und 4 näher beschriebene Erfindung ein.

Fig. 3 zeigt dabei das schon aus Fig. 2 bekannte Walzgerüst eines Zwölf-Walzen-Walzwerks in der ausschnittsweisen Darstellung. Mit 2 ist hier wieder das obere Lagergehäuse bezeichnet, welches die drei Stützrollensätze 6, die von diesen getragenen Zwischenwalzen 5 sowie die Arbeitswalzen 4 zeigt, zwischen denen das zu walzende Bandmaterial 13 läuft. Die Führung des oberen Lagergehäuses 2 im aus der Fig. 1 bekannten Gerüstrahmen und das untere Lagergehäuse sowie deren Einstellbarkeit in bezug auf den Gerüstrahmen zur Beeinflussung der erwünschten Banddicke sind hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Dabei kann das untere Lagergehäuse beispielsweise zur Anpassung an die Walzlinie bei Einsatz von Walzen unterschiedlicher Durchmesser höhenverstellbar sein und das obere Lagergehäuse mittels eines direkt wirkenden hydraulischen Anstellzylinder 3 (in Fig. 1) in Bezug zum unteren Lagergehäuse zustellbar sein. Oberes und unteres Lagergehäuse sind mittels Hydraulikzylinder gegeneinander ausbalanciert und das obere Lagergehäuse 2 kann beispielsweise mittels der bedienungs- und antriebsseitig voneinander unabhängigen Walzenanstellung zur Einstellung eines keilförmigen Walzenspaltes verschwenkt werden.

In der Darstellung gemäß der Fig. 3 ist von jedem der drei Stützrollensätze 6 jeweils nur eine Stützrolle 15 sichtbar. Wie der Fig. 4, die einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-B aus Fig. 3 darstellt, jedoch zu entnehmen ist, sind die Stützrollen 15 eines Stützrollensatzes 6 über die ganze Breite des Bandmaterials auf einer gemeinsamen Stützrollenwelle 14 angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Stützrollen 15 sowie an den Außenseiten der beiden äußeren Stützrollen 15 Stützsättel 16 auf der Welle 14 vorgesehen sind, die die Stützrollen am Lagergehäuse 2 über kreisbogenförmige Aufnahmen abstützen.

Durch Verstellung einzelner Stützrollen 15 eines oder mehrerer Stützrollensätze 6 kann die gewünschte Biegung des Bandmaterials zur Anpassung des Bandprofils über die Bandbreite erzielt werden. Gemäß der Erfindung erfolgt eine solche Verstellung über jeweils ein direkt auf den entsprechenden Stützsattel 16 wirkendes Druckelement.

Dazu ist für jedes Druckelement im Lagergehäuse 2 eine Bohrung vorgesehen, die annähernd der Kraftrichtung in das Lagergehäuse folgend von der kreisbogenförmigen Aufnahme für den jeweiligen Stützsattel 16 ausgeht. In diese Bohrungen sind als Druckelemente Hydraulikzylinder 11 oder beispielsweise auch piezoelektrische Festkörperaktoren eingesetzt, die vorzugsweise Kolbenstangenköpfe 12 mit passenden kreisbogenförmigen Aufnahmen für die Stützsättel 16 aufweisen. Anstelle derartiger kreisbogenförmiger Aufnahmen sind aber auch prismatische Aufnahmen bei entsprechender Ausbildung der Stützsättel 16 denkbar. Um ein seitliches Ausweichen des Stützrollensatzes 6 zu verhindern, müssen die Kolbenstangen mit den Kolbenstangenköpfen 12 exakt geführt werden.

Der Aufbau der Hydraulikzylinder und ihre Wirkungsweise ist hinlänglich bekannt und braucht daher hier nicht gesondert beschrieben zu werden. Beim Einsatz von piezoelektrischen Festkörperaktoren als Druckelemente können diese aus mehreren Keramikschichten bestehen, die bei Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Dicke ändern und so in ihrer Wirkung auf die Stützsättel 16 den Hydraulikzylindern gleichzusetzen sind.

In Ruhe nehmen die Druckelemente eine Stellung ein, in der die Kolben in das Lagergehäuse zurückgezogen sind und die Aufnahmen der Kolbenstangenköpfe 12 mit den Aufnahmen im Lagergehäuse 2 fluchten.

Die Achsparallelität der Stützrollensätze 6 untereinander und daraus folgend auch der Zwischen- und der Arbeitswalzen ist bei dem oben beschriebenen Einbau gewährleistet und darüber hinaus ist ein einfaches Auswechseln der Stützrollensätze 6 sichergestellt.

Eine erwünschte Biegung der Stützrollenwelle 14 und dadurch der Arbeitswalze 4 und Anpassung der Walzspaltkontur erfolgt durch entsprechendes Aktivieren der jweiligen Druckelemente, die über ihre Kolben jedes der Sattelstücke 16 in eine definierte Position bewegen, wodurch eine gezielte Biegelinie der Stützrollenwelle hervorgerufen wird, die über die Zwischenwalzen 5 auf die Arbeitswalze 4 übertragen wird.

Um nun eine positive Biegung des Bandmaterials zu erhalten, werden die bezogen auf die Bandbreite des Walzmaterials äußeren Stützsättel 16 des oder der betreffenden Stützrollensätze in ihrer Stellung relativ zum Lagergehäuse fixiert, während die inneren Stützsättel in der oben beschriebenen Weise über die Druckelemente bewegbar sind und so die entsprechende Durchbiegung erzielen.

Umgekehrt werden für eine negative Biegung der oder die inneren Stützsättel fixiert und die äußeren Stützsättel entsprechend von den Druckelementen beaufschlagt.

Die Fixierung der Stützsättel kann je nach Bedarf direkt im Lagergehäuse 2 erfolgen; es ist aber auch denkbar, daß eine formschlüssige Verbindung zwischen den Stützsätteln und den zugehörigen Druckelementen vorgesehen ist und die Fixierung über letztere erfolgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Walzgerüst ist es daher möglich, auf Zwischenglieder zwischen den Stellelementen und den Stützsätteln, zu deren Bewegung Reibung zu überwinden ist, zu verzichten und durch die direkte Beaufschlagung derselben ein ruckfreies Einstellen vorzusehen. Eine solche ruckfreie Einstellung läßt dann auch den Einsatz elektronischer Regelungen zu, mit deren Hilfe die Stützsättel während des Walzbetriebs in die erforderlichen Positionen gebracht und dort gehalten, aber auch je nach Bedarf verstellt und angepaßt werden können. Diese Regelung kann dann den Sollwert selbst bei unterschiedlich schwankender Belastung exakt halten.

Nachstehend sind für eine derartige Regelung geeignete Verfahren beschrieben.

Als erstes geeignetes Verfahren ist die Lageregelung beschrieben. Dabei wird der Sollwert als Weg für jeden Kolben, der zum Bewegen des zugehörigen Stützsattels erforderlich sein soll, vorgegeben.

Die Istwerterfassung des Weges erfolgt über digitale oder analoge Wegmeßgeräte 17 bekannter Art, die beispielsweise von der nach außerhalb des Lagergehäuses herausgeführten Kolbenstange bewegt werden. Mittels bekannter elektronischer Regelungen wird der Ölstrom zum Hydraulikzylinder zum Beispiel über ein Servoventil so gesteuert, daß die vorgegebene Stellung des Kolbens auch bei unterschiedlicher Belastung in der Sollstellung gehalten wird. Bei Einsatz der schon erwähnten piezoelektrischen Festkörperaktoren als Druckelement wird entsprechend die angelegte Spannung gesteuert.

Einer derartigen Regelung kann dann noch zur Vervollkommnung ein Korrekturwert überlagert werden, der walzkraftabhängig und/oder abhängig vom Öldruck in jedem einzelnen Hydraulikzylinder die Elastizität des Systems, wie Abplattungen und elastische Formänderungen der Arbeitswalze, der Zwischenwalzen bzw. der Stützrollen als Sollwertänderung für die Stellbewegung berücksichtigt und in die Regelung einfließt.

Ein zweites Verfahren ist das der Druckregelung. Hierbei wird die für die Verformung des Bandes notwendige Walzkraft an den Zylindern der Walzenanstellung gemessen und entsprechend der zu walzenden Bandbreite und der Geometrie der Stützrollenreihe für jeden Stützsattel als Basiswert für das zugehörige Druckelement errechnet.

Dieser Basiswert wird mit einem für jedes Druckelement wählbaren Anteilswert variiert und als Sollwert vorgegeben.

Die Istwerterfassung erfolgt in diesem Fall über geeignete Druckmeßgeber.

Mittels bekannter elektronischer Regelungen wird der Öldruck jedes Zylinders zum Beispiel über Druckregelventile oder Servoventile auf dem Sollwert gehalten bzw. die an ein piezoelektrisches Druckelement angelegte Spannung auf ihrem Sollwert gehalten.

Bei der Walzkraft "0" erfolgt also keine Biegung, bei Ansteigen der Walzkraft jedoch eine entsprechende Vergrößerung des Solldruckes der einzelnen Druckelemente entsprechend dem eingestellten Anteilswert.

Es wird eine gewollt ungleichmäßige Verteilung der Walzkraft auf die einzelnen Sattelstücke und damit eine Beeinflussung der Walzspaltkontur erreicht.

Dadurch kann dann ebenfalls die oben erwähnte Elastizität des Systems eliminiert werden.

Die beiden hier vorgestellten Regelungsmöglichkeiten können sowohl jeweils für sich als auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.

Die hier am Beispiel eines Zwölf-Walzen-Walzwerks beschriebene Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei anderen Walzwerken, bei denen die Walzkraft direkt oder über Zwischenwalzen mittels Stützrollen auf das Lagergehäuse übertragen wird, einsetzen wie beispielsweise bei Sechs-Walzen- oder Zwanzig-Walzen-Walzwerken.

Ebenso ist ersichtlich, daß nicht nur eine Biegung der äußeren Stützrollenwelle, sondern auch weiterer Stützrollenwellen allein oder in Kombination miteinander mit der Erfindung durchführbar ist.

Auch ist die Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern beispielsweise auch bei einteiliger Ausführung von oberem und unterem Lagergehäuse einsetzbar oder bei zweiteiliger Ausführung derselben, bei denen die Lagergehäuse mittels Rundstangen, Anker oder Rahmen verbunden und anstellbar geführt sind.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die Sattelstücke 16, gemäß Fig. 2, 3, über dort schraffiert dargestellte Halteglieder, wie z. B. Platten, am Lagergehäuse gehalten und gegen ein Herausfallen oder Verschieben gesichert werden können. Durch entsprechende Ausbildung der Halteglieder und ihrer hier nicht gezeigten Befestigung am Lagergehäuse 2 ist auch ein leichtes Auswechseln derselben, beispielsweise für einen Wechsel zu Rollen anderen Durchmessers möglich.

Claims (10)

1. Vielwalzengerüst mit auf wenigstens einer Seite des Walzpfades angeordneter Arbeitswalze (4), wenigstens einer Zwischenwalze (5) sowie wenigstens einem Stützrollensatz (6), jeweils bestehend aus einer Mehrzahl von auf eine Stützrollenwelle (14) aufgesetzten Stützrollen (15), wobei die Stützrollenwelle (14) im wesentlichen parallel zur Längsachse der Arbeitswalze (4) und der Zwischenwalze (5) verläuft, sowie einer Mehrzahl von den Stützrollensatz (6) an einem Lagergehäuse (2) abstützenden Sattelstücken (16), wobei die einzelnen Sattelstücke (16) unabhängig voneinander in ihrer Lage relativ zur Achse der Arbeitswalze (4) zur Biegung derselben über Verstellvorrichtungen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtungen jeweils aus einem die entsprechenden Sattelstücke (16) direkt beaufschlagenden Druckelement (11, 12) bestehen.

2. Vielwalzengerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente als Hydraulikzylinder (11) ausgebildet sind, deren Kolbenstangenköpfe kreisbogenförmige Aufnahmen für die Stützsättel aufweisen.

3. Vielwalzengerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente als piezoelektrische Festkörperaktoren ausgebildet sind.

4. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente in ihrer Längsrichtung im Lagergehäuse (2) beweglich angeordnet sind.

5. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer positiven Verbiegung der Arbeitswalze (4) die bezogen auf die Stützrollenwelle (14) äußeren Stützsättel (16) in ihrer Stellung relativ zum Lagergehäuse (2) fixierbar sind.

6. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer negativen Verbiegung der Arbeitswalze (4) die bezogen auf die Stützrollenwelle (14) inneren Stützsättel (16) in ihrer Stellung relativ zum Lagergehäuse (2) fixierbar sind.

7. Vielwalzengerüst nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung über die Druckelemente erfolgt.

8. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lageregelung für die Betätigung der einzelnen Druckelemente vorgesehen ist.

9. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckregelung für die Betätigung der einzelnen Druckelemente vorgesehen ist.

10. Vielwalzengerüst nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelung eine Korrektureinrichtung für die elastische Verformung der Bauteile zugeordnet ist.