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Die Erfindung betrifft ein Lager für einen Walzenzapfen einer Walze oder für eine Walzenwelle eines Walzgerüsts oder für eine den Walzenzapfen oder die Walzenwelle abstützende Exzenterbuchse. Ebenso betrifft die Erfindung ein Walzgerüst mit einem derartigen Lager. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum radialen Anstellen der Walze eines solchen Walzgerüsts.
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Aus der
deutschen Offenlegungsschrift 22 59 143 ist es auf einem möglichen Einsatzgebiet der Erfindung, nämlich den Walzgerüsten zum Walzen von stab- oder rohrförmigen Gut bekannt, bei mindestens einer der dort beschriebenen, zur Bildung eines Kalibers sternförmig um die Walzgutlängsachse angeordneten drei Walzen die beiden endseitigen Walzenzapfen bzw. die Walzenwelle jeweils in einer Exzenterbuchse drehbar zu lagern. Derartige Exzenterbuchsen weisen eine innere, kreisförmige Ausnehmung auf, in der sich das Radiallager, vorzugsweise ein Radialwälzlager, der Walzenzapfen bzw. der Walzenwelle befindet, sowie einen kreisförmigen Außenumfang, an dem die Lagerung der Exzenterbuchse in dem Gehäuse des Walzgerüsts vorgesehen ist. Die Exzentrizität der Exzenterbuchse ergibt sich daraus, dass der durch die nach innen weisende Oberfläche der Exzenterbuchse gebildete innere Kreis und der durch die nach außen weisende Außenoberfläche der Büchse gebildete Kreis nicht koaxial ausgeführt sind. Wie in der
deutschen Offenlegungsschrift 22 59 143 näher erläutert wird, können derartige Konstruktionen zum Anstellen der Walzen eines derartigen Walzgerüsts eingesetzt werden, also beispielsweise zum Zustellen auf das Walzgut hin.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift 22 59 143 beschreibt ferner Anstellmechanismen für die Bewegung der Exzenterbuchse in eine gewünschte Rotationsposition relativ zum Gehäuse. Über einen auf einer drehbaren Stellspindel angeordneten Anstellzapfen wird eine Drehbewegung einer Anstellwelle mit einem Stellring über einen Übertragungshebel, der gelenkig sowohl mit dem Stellring als auch mit der Exzenterbuchse verbunden ist, auf die Exzenterbuchse übertragen. Alternativ ist eine in axialer Richtung ortsfest gelagerte Gewindespindel vorgesehen, auf der sich eine Gewindebüchse in axialer Richtung bewegt. Über ein Gelenk ist die Gewindebüchse mit einem Stellring verbunden, der seinerseits einen büchsenartigen Ansatz der Exzenterbuchse umschließt und mittels einer Passfeder drehfest mit dieser verbunden ist. Diese Anstellmechanismen erlauben es, die Exzenterbuchse gegenüber dem Gehäuse, in dem sie gelagert ist, zu drehen. Durch eine Festlegung der Gewindespindel wird verhindert, dass sich die Gewindespindel dreht, so dass über diese Festlegung die Exzenterbuchse in der eingestellten, gewünschten Position gehalten wird.
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Aus der
deutschen Offenlegungsschrift 22 59 143 ist es somit in allgemeiner Weise bekannt, dass es vorteilhaft ist, wenn ein Walzgerüst die Möglichkeit der Walzenanstellung bietet. Dies bedeutet, dass die Walzen radial zum Walzgut zugestellt werden können, um den Fertigdurchmesser des Walzens gezielt zu ändern, bzw. Einflüsse durch Wärmeschrumpfung des Walzguts oder Verschleiß der Walzen auszugleichen.
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Bei der
deutschen Offenlegungsschrift 22 59 143 ist es vorgesehen, dass die Exzenterbuchse ein Gleitlager in dem Gehäuse hat, also die Außenoberfläche der Exzenterhülse beim Anstellen der Exzenterbuchse auf einer Oberfläche des Gehäuses gleitet. Dies bringt es mit sich, dass die Anstellung nur dann möglich ist, wenn sich gerade kein Walzgut im Gerüst befindet. Andernfalls ist die Exzenterbuchse unter dem Einfluss der Walzkraft, so dass zwischen Gerüstgehäuse und Exzenterhülse erhöhte, tangential wirkende Haft- oder Gleitreibungskräfte auftreten.
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Aus
DD 272 686 A1 ist ein Verfahren zum Bewegen eines Bauteiles auf den Gleitführungen eines Untersatzes an Werkzeugmaschinen bekannt. Dort wird ein Verfahren zum Bewegen eines Bauteils auf den Gleitführungen eines Untersatzes, insbesondere an Werkzeugmaschinen, beschrieben, wobei das bewegte Bauteil eine Längsführung mit einer Führungsfläche aufweist und auf der Gegenführungsfläche der Gleitführung durch das Einwirken einer Vorschubkraft aus dem Ruhezustand heraus in einen Bewegungszustand versetzt wird, wobei die Längsführung und/oder die Gleitführung vor Beginn der Einwirkung der Vorschubkraft relativ zum bewegten Bauteil und zum Untersatz durch das Einwirken von Impulsen um geringe Wegstrecken hin- und herbewegt wird. Zur Erzeugung der Impuls-Schwingung werden elektromagnetische Schwinganker, piezoelektrische Geber, mechanische Schwinger oder druckmittelbetriebene Schwingungserreger vorgeschlagen.
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Aus
DE 10 2006 021 010 B4 ist eine Gelenk- und/oder Lageranordnung mit einem Gelenk- oder Lagerkörper bekannt, der gegenüber einer aufnehmenden Gelenkschale beweglich ist, wobei der Gelenk- und/oder Lageranordnung zumindest ein Aktuator zur Eintragung einer alternierenden Kraftbeaufschlagung zwischen Gelenk- oder Lagerkörper einerseits und Gelenkschale andererseits zugeordnet ist, wobei der Aktuator eine periodische getaktete Bewegung in das Gelenk einträgt, so dass zumindest der Gelenk- oder Lagerkörper oder die Gelenkschale alternierend in Bewegung um die Mittalachse versetzt werden.
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Aus
US 3,620,061 A ist es bekannt, innerhalb einer Bohrung einer Walze eine Mehrzahl von radialgepolten keramischen Ringen, die aus Zink-Zitronat-Titankeramik sind, anzuordnen und diese als radialgepolte piezoelektrische Ringe zu verwenden.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lager für einen Walzenzapfen eines Walzgerüsts bzw. eine Walzenwelle oder eine einen Walzenzapfen bzw. Walzenwelle abstützende Exzenterbuchse zu schaffen, das ein Anstellen der Walze auch während des Walzens erlaubt. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst und ein Verfahren zum Anstellen der Walze eines Walzgerüsts zu schaffen, die ein einfacheres Anstellen der Walze des Walzgerüsts erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung wiedergegeben.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, das Lager für den Walzenzapfen eines Walzgerüsts bzw. eine Walzenwelle bzw. eine Exzenterbuchse mit einem Grundkörper auszuführen, in dem mindestens ein piezoelektrisches Element zum Kontakt mit dem Walzenzapfen bzw. der Walzenwelle bzw. der Exzenterbuchse angeordnet ist. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Darstellung der Erfindung wird diese anhand der Ausführungsform einer Exzenterbuchse beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen gelten aber genauso für die unmittelbare Lagerung eines Walzenzapfens oder einer Walzenwelle.
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Der Einsatz eines piezoelektrischen Elements in einem Lager für die Exzenterbuchse eines Walzgerüsts bietet unter verschiedenen Aspekten Vorteile. Zum einen kann das piezoelektrische Element des Lagers oszillierend angeregt werden. Unter einer oszillierenden Anregung wird die rasche Abfolge einer ersten Anregung des piezoelektrischen Elements, bei dem sich die dem Walzenzapfen zugewandte Oberfläche des piezoelektrischen Elements von dem Grundkörper weg in Richtung auf die Exzenterbuchse hin bewegt, mit einer zweiten Anregung verstanden, bei der sich diese Oberfläche relativ zu ihrer Endposition bei der ersten Anregung von der Exzenterbuchse weg bewegt. Die Anregung erfolgt vorzugsweise sehr hochfrequent. Dann vermag die Exzenterbuchse wegen der ihr eigenen Massenträgheit der Bewegung der Oberfläche der Piezoelemente nicht zu folgen, was wiederum bewirkt, dass der Kontakt zwischen Exzenterbuchse einerseits und der Oberfläche der Piezoelemente andererseits während eines gewissen Zeitanteils jedes Anregungszyklus aufgehoben ist.
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Weiter ist es auch möglich, an ein- und derselben Exzenterbuchse zwei oder mehrere Gruppen solcher oszillierend angeregter Piezoelemente vorzusehen, wobei die Anregung im Gegentakt (bei zwei Gruppen) bzw. mit einem zeitlichen Versatz von T/n erfolgt (wobei T die Schwingungsperiode und n die Anzahl der getrennt angeregten Gruppen von Piezoelemente ist). Hierdurch wird erreicht, dass stets ein Kontakt zwischen der Oberfläche der Piezoelemente und der Oberfläche der Exzenterbuchse gegeben ist, wodurch die aus der Walzkraft resultierende Normalkraft zwischen der Exzenterbuchse einerseits und der mit Piezoelementen bestückten Lagereinheit andererseits optimal und ohne zeitliche Unterbrechung übertragen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden während einer Rotationsbewegung (Anstellbewegung) der Exzenterbuchse diejenigen Piezoelemente, die sich momentan – bestimmt durch die Phase der Oszillations-Bewegung – in Kontakt mit der Oberfläche der Exzenterbuchse befinden, der Relativbewegung der Oberfläche der Exzenterbuchse folgend seitlich (d. h. tangential zum Umfang der Exzenterbuchse) ausgelenkt und dadurch elastisch verformt. Sobald diese Elemente sich aufgrund ihrer oszillierende Anregung dann von der Oberfläche der Exzenterbuchse entfernen und den Kontakt mit ihr verlieren, fällt diese seitliche Auslenkungskraft weg und die Elemente schnellen in ihre nicht seitlich ausgelenkte Lage zurück. In der nächsten Phase ihrer oszillierenden Anregung erhalten diese Piezoelemente dann wieder Kontakt mit der Exzenterbuchse, wodurch dann die Piezoelemente der zweiten, zeitversetzt angesteuerten Gruppe entlastet werden und ihrerseits in ihre nicht seitlich ausgelenkte Lage zurückkehren, usw.
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Eine derartige oszillierende Anregung eines piezoelektrischen Elements führt de facto dazu, dass die Reibung zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Exzenterbuchse und des Grundkörpers deutlich verringert wird. Dadurch kann eine Relativbewegung zwischen der Exzenterbuchse und dem Lager mit extrem verringertem Kraftaufwand erfolgen, was die Anstellung der Walzen sehr erleichtert. Ergänzend oder alternativ können piezoelektrische Elemente an der Exzenterbuchse eines Walzgerüstes auch als Aktuatoren für die Anstellung selbst verwendet werden. Gemäß einer weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform werden die piezoelektrischen Elemente als Schreitantrieb angesteuert. Damit können die piezoelektrischen Elemente selbst dazu verwendet werden, eine Relativbewegung zwischen einer Exzenterbuchse und dem Grundkörper des Lagers zu erzeugen. Dadurch kann eine Anstellung der Walze im Walzgerüst durchgeführt werden. Diese beiden Vorteile sind kombinierbar. So können verschiedene Gruppen von piezoelektrischen Elementen vorgesehen werden. Einige können zum Reduzieren der Reibung verwendet werden, während andere als Schreitantrieb verwendet werden.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Walzgerüsts wird die Exzenterbuchse nicht wie in
DE 2 259 143 A oder
DE 10 2006 009 173 A1 über ein zwischengeschaltetes Nadellager, sondern zumindest teilweise mit Hilfe von mit Piezoelementen versehenen Grundkörpern, die beispielsweise die Form von Halbschalen annehmen können, im Gehäuse gelagert. Die Piezoelemente sind dabei insbesondere bevorzugt radial zur Walzenachse angeordnet.
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Wenn die Anstellwirkung erfolgen soll, werden die Piezoelemente mit einer hochfrequenten Wechselspannung, beispielsweise 40 kHz angeregt. Dadurch kann die Haftreibung nahezu vollständig aufgehoben werden, was wiederum ein leichtes Verdrehen der Exzenterhülse auch unter Walzkraft ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Lager ist für die Lagerung eines Walzenzapfens einer Walze oder der Walzenwelle eines Walzgerüsts bzw. für die Lagerung einer den Walzenzapfen oder die Walzenwelle abstützenden Exzenterbuchse geeignet. Üblicherweise wird unter einem Lager für einen Walzenzapfen ein Element verstanden, das den Walzenzapfen bzw. die Exzenterbuchse einmal in Umfangsrichtung gänzlich umschließt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers sieht deshalb vor, dass das Lager dazu ausgelegt ist, einen Walzenzapfen einer Walze oder eine Walzenwelle eines Walzgerüsts oder eine Exzenterbuchse gänzlich in Umfangsrichtung zu umschließen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Grundkörper des Lagers eine kreisförmige Ausnehmung aufweist, in die der Walzenzapfen oder die Walzenwelle eingesteckt werden kann bzw. in die die Exzenterbuchse eingesteckt werden kann. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es jedoch nicht notwendig, dass auf dem gesamten Umfang der der kreisförmigen Ausnehmung zugewandten Oberfläche des Grundkörpers piezoelektrische Elemente zum Kontakt mit dem Walzenzapfen oder der Walzenwelle bzw. der Exzenterbuchse angeordnet sind.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die für ein einfaches Anstellen der Walzen zu überwindenden Reibkräfte je nach Art der Anstellung nur in gewissen Bereichen des Umfangs der Exzenterbuchse auftreten. Bei einer radialen Anstellung einer Walze in einem Walzgerüst, bei der die Walze senkrecht zur Walzachse bewegt werden muss, treten die zu überwindenden Reibkräfte in der Regel nur auf der dem Walzgut abgewandten Seite der Exzenterbuchse auf. Das zwischen den Walzen des Walzgerüsts gewalzte Walzgut übt auf die Walzen eine Kraft aus, die von dem Walzgut fort weist. In gleicher Weise übt jede Walze auf das sie abstützende Lager (bzw. die Exzenterbuchse auf das sie abstützende Lager) eine Kraft aus, die ebenfalls in Richtung fort von dem Walzgut weist. Es ist primär diese Normalkraft, die zwischen der Exzenterbuchse und dem Lager tangential wirkende Reibkräfte erzeugt, die beim Anstellen unter Last überwunden werden müssten. Aufgrund der Richtung der Normalkraft treten diese Reibkräfte im Wesentlichen an der dem Walzgut abgewandten Seite der Exzenterbuchse auf. Die erfindungsgemäßen Vorteile können deshalb bereits dann erreicht werden, wenn sich das Lager für die Exzenterbuchse mit seinem Grundkörper und den darin angeordneten piezoelektrischen Elementen nur über den Bereich erstreckt, in dem im Betrieb die wesentlichen Reibkräfte zwischen der Exzenterbuchse und dem Lager auftreten. Um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen, muss das Lager somit die Exzenterbuchse in Umfangsrichtung nicht gänzlich umschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die dem Walzenzapfen oder der Walzenwelle bzw. der Exzenterbuchse zugewandte Oberfläche des Lagers nur über die Oberfläche eines Bogens. Der verbleibende Teil, der notwendig ist, um den Walzenzapfen oder die Walzenwelle bzw. die Exzenterbuchse in Umfangsrichtung gänzlich zu umschließen, kann durch ein Lager gebildet werden, in dessen Grundkörper keine piezoelektrischen Elemente eingebettet sind.
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Die Erfindung kann den Vorteil bieten, dass die Piezoelemente nur im Bereich der Lastzone zwischen Exzenterhülse und Gerüst, d. h. also auf der dem Walzgut abgewandten Seite der Walzenwelle, angeordnet werden müssen, nicht aber auf der dem Walzgut zugewandten Seite der Exzenterbuchse. Auf der dem Walzgut zugewandten Seite der Exzenterbuchse ist der Bauraum regelmäßig beschränkt. Insbesondere bei den besonders bevorzugten Bauformen mit drei bzw. vier Wellen wird der Bauraum auf der dem Walzgut zugewandten Seite durch die benachbarten anderen Walzenwellen sehr eingeschränkt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Lager eine Mehrzahl von in dem Grundkörper zum Kontakt mit dem Walzenzapfen bzw. der Exzenterbuchse angeordneten piezoelektrischen Elementen auf.
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Es hat sich gezeigt, dass beim Einsatz mehrerer piezoelektrischer Elemente die erfindungsgemäßen Effekte, insbesondere bevorzugt die Reduzierung der Reibung zwischen den einander zugewandten Oberflächen des Grundkörpers des Lagers und des Walzenzapfens bzw. Exzenterbuchse erreicht werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die piezoelektrischen Elemente in zwei oder mehr Gruppen aufgeteilt und derart angesteuert, dass die Gruppen mit gleicher Frequenz, aber zeitlich versetzt angesteuert werden. Im Falle von zwei Gruppen von Piezoelementen bedeutet das, dass die erste Gruppe im Gegentakt zur zweiten Gruppe ist. Hierdurch kann der Effekt eines Schwimmens zwischen dem Walzenzapfen und dem Lager erzeugt werden. „Gegentakt” bedeutet hier, dass die piezoelektrischen Elemente der einen Gruppe in der jeweiligen Zeiteinheit in eine erste Richtung (beispielsweise in die Ausdehnrichtung) angesteuert werden, während die piezoelektrischen Elemente der zweiten Gruppe in der gleichen Zeiteinheit in die entgegengesetzte Richtung (hier also beispielsweise in die Kontraktionsrichtung) angesteuert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gehören benachbarte piezoelektrische Elemente unterschiedlichen Gruppen an. Ein erstes piezoelektrisches Element gehört somit der ersten Gruppe an, das ihm benachbarte piezoelektrische Element gehört der zweiten Gruppe an, das diesem wiederum benachbarte piezoelektrische Element gehört wiederum der ersten Gruppe an, usw. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei dieser Anordnung ein Schwimmen zwischen deren zugewandten Oberflächen des Grundkörpers des Lagers und des Walzenzapfens bzw. Exzenterbuchse besonders gut erreicht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein piezoelektrisches Element eingesetzt, das einen Arbeitshub von einigen Hundertstel mm hat.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind piezoelektrische Elemente vorgesehen, die als Schreitantrieb angesteuert werden. Die Möglichkeit, mit einem piezoelektrischen Element einen Schreitantrieb aufzubauen, ist beispielsweise in
EP 0 552 346 A1 ,
DE 41 32 775 A1 ,
EP 0 613 586 A1 ,
EP 1 116 283 A1 ,
EP 1 086 499 A1 ,
DE 101 27 444 A1 ,
DE 101 13 744 A1 ,
EP 1 384 308 A2 ,
EP 1 705 492 A1 ,
EP 2 013 965 A1 ,
EP 2 356 705 A2 ,
EP 2 711 509 A2 ,
EP 2 749 442 A2 beschrieben.
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Der Schreitantrieb bietet die Möglichkeit der rotatorischen Verstellung durch einzeln im Gerüst angeordnete, direkt auf die jeweilige Exzenterbuchse wirkende Aktuatoren. Hierdurch ist es möglich, sowohl die zwischen den Exzenterbuchsen ein- und derselben Walzenwelle im Stand der Technik erforderliche mechanische Synchronisierung, wie beispielsweise durch den Bügel 10 in der
3 der
DE 2 259 143 , zu ersetzen, als auch die zwischen den Exzenterhülsen benachbarten Walzenwellen zur Synchronisierung vorgesehenen Kegelverzahnungen (vgl. kegelradartiger Zahnkranz 11 in
DE 2 259 143 A ) zu vermeiden. Dies kann es erlauben, dass die Exzenterhülse um den maximalen möglichen Schwenkwinkel von ca. 180° verschwenkt werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik kann dadurch ohne Vergrößerung der Exzentrizität und damit ohne Einschränkung von Walzenbreite oder Bauraum des Radiallagers der Anstellbereich des Gerüsts erheblich, teilweise sogar auf das Doppelte, vergrößert werden.
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Die rotatorisch wirkenden Aktuatoren können elektromechanische, hydraulische oder insbesondere auch piezoelektrisch wirkende Aktuatoren sein.
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Der Einsatz eines Schreitantriebs bietet grundsätzlich weitere Einstellungsmöglichkeiten. Beispielsweise ist es denkbar, zwei sich gegenüberliegende Gruppen von piezoelektrischen Elementen vorzusehen, wobei sich die piezoelektrischen Elemente jeder Gruppe jeweils entlang einer Linie erstrecken. Zwischen den piezoelektrischen Elementen der ersten Gruppe und den piezoelektrischen Elementen der zweiten Gruppe ist ein Keil angeordnet. Die beiden Gruppen der piezoelektrischen Elemente können nun derart angesteuert werden, dass die piezoelektrischen Elemente entlang der Oberfläche des Keils wandern. Entsprechend der zunehmenden Dicke des Keils wird der Abstand zwischen den beiden Gruppen piezoelektrischer Elemente erhöht. Diese Erhöhung des Abstandes zwischen den beiden Gruppen piezoelektrischer Elemente kann beispielsweise dazu genutzt werden, um die Position der Lagerbuchse in dem Gerüstgehäuse zu ändern, wodurch der Abstand der Walzenachse von der Walzachse geändert wird („Walzenanstellung”). Ebenso ist es denkbar, dass ein Schreitantrieb aus piezoelektrischen Elementen dazu eingesetzt wird, um eine Spindel zu drehen, mit der eine Anstellung der Walzen in dem Walzgerüst vorgenommen wird.
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Die zur Ansteuerung der Aktuatoren dienende Elektronik kann in einer kompakten, leicht austauschbaren Einheit innerhalb des Walzgerüsts angeordnet sein. Die zur Anstellung erforderlichen Signale können von der sich außerhalb des Walzgerüstes befindenden zentralen Elektronik drahtlos an die Aktuatoren im Walzgerüst übertragen werden. Die zur Verstellung erforderliche Energie wird vorteilhafterweise ebenfalls ohne direkten Kontakt auf das Gerüst übertragen. Hier ist eine induktive Energieübertragung vom Walzblock auf das jeweilige Walzgerüst denkbar. Und ebenso ist eine im Walzgerüst angeordnete Hochleistungsbatterie denkbar. Schließlich ist auch ein „energy harvesting” im Gerüst denkbar, indem zum Beispiel von einem auf einer Walzenwelle angeordneten magnetisierten Ring elektrische Energie durch Induktion aus der Wellenrotation abgezweigt und in einer Hochleistungsbatterie zwischengespeichert wird.
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Schließlich bietet die Erfindung mit der Möglichkeit der mechanisch unabhängig voneinander wirkenden Verstellelemente der Exzenterbuchsen ferner die Möglichkeit, dass – in geringem Rahmen – durch gezielt nicht synchrone Anstellungen der einzelnen Walzenwellen (in der Walzenwerkstatt, bevor die Axialeinstellung der Walzen vorgenommen wird) die Kalibermitte relativ zur Außenkontur des Gerüsts verschoben werden kann. Damit könnte beispielsweise ein Verschleiß der bei derartigen Walzgerüsten regelmäßig vorgesehenen Gleitleisten ausgeglichen werden.
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Das erfindungsgemäße Walzgerüst weist mindestens eine Walze mit mindestens einem Walzenzapfen oder einer Walzenwelle bzw. eine Exzenterbuchse auf, die in einem erfindungsgemäßen Lager gelagert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager relativ zum Walzenzapfen oder zur Walzenwelle bzw. zur Exzenterbuchse derart im Walzgerüst angeordnet, dass es als Radiallager dient. Es ist aber auch denkbar, dass das erfindungsgemäße Lager relativ zum Walzenzapfen der Walze oder zur Walzenwelle bzw. zur Exzenterbuchse im Walzgerüst derart angeordnet ist, dass es als Axiallager dient.
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In einer alternativen Ausprägung des erfindungsgemäßen Walzgerüsts weist dieses mindestens eine Walze mit zwei Walzenzapfen auf, die jeweils in einer Exzenterbuchse drehbar gelagert sind, oder mindestens eine Walzenwelle, die beidseits der Walze in je einer Exzenterbuchse gelagert ist, wobei jede Exzenterbuchse drehbar über ein erfindungsgemäßes Lager in dem Gehäuse des Walzgerüsts gelagert ist. Dabei kann die Ausführung des Walzgerüsts bzw. der Exzenterbuchse so ausgeführt sein, wie in
DE 10 2006 009 173 A1 oder
DE 2 259 143 A beschrieben, mit dem Unterschied, dass das Nadellager zumindest teilweise durch ein erfindungsgemäßes Lager ersetzt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager als ein in eine Aufnahme des Gehäuses des Walzgerüsts einschiebbarer, in der Aufnahme zur Aufnahme und Weiterleitung von Kräften an das Gehäuse fixierbarer Einschub ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die piezoelektrischen Elemente leicht gewartet bzw. ausgetauscht werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum radialen Anstellen eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts sieht vor, dass die piezoelektrischen Elemente des Lagers oszillierend angeregt werden, so dass die Reibung zwischen der Exzenterbuchse und dem Walzenzapfen reduziert und die Walze durch Drehung der Exzenterbuchse radial angestellt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine Übersichtsskizze der für das erfindungsgemäße Lager eingesetzten Elemente in einer Draufsicht entlang der Achse der Walzenwelle;
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2 eine Skizze eines ersten Betriebszustands eines piezoelektrischen Elements des erfindungsgemäßen Lagers in einer Draufsicht;
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3 eine Skizze eines zweiten Betriebszustands eines piezoelektrischen Elements des erfindungsgemäßen Lagers in einer Draufsicht;
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4 eine Skizze einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers mit zwei Gruppen piezoelektrischer Elemente in einer Draufsicht;
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5 eine Skizze eines Teils des erfindungsgemäßen Walzgerüsts, bei der ein erfindungsgemäßes Lager vorgesehen ist, das in das Gehäuse des Walzgerüsts einschiebbar ausgebildet ist in einer Draufsicht und
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6 eine zu der Ansicht aus 5 vergleichbare Ansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der zusätzlich ein Schreitantrieb zur Erzeugung einer Anstellbewegung in Form von zwei weiteren, einander gegenüberliegenden Einschüben vorgesehen ist, in einer Draufsicht entlang der Achse des Walzenzapfens.
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In
1 ist eine nur bezüglich ihres Außenumfangs näher dargestellte Exzenterbuchse
1 dargestellt. Die Exzenterbuchse
1 ist dafür vorgesehen, einen nicht näher dargestellten Walzenzapfen bzw. eine nicht näher dargestellte Walzenwelle einer Walze eines Walzgerüsts abzustützen. Dies kann nach der in
DE 2 259 143 näher beschriebenen Weise erfolgen.
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In 1 ist ferner ein Grundkörper 2 eines erfindungsgemäßen Lagers dargestellt. Dieser Grundkörper 2 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform ringförmig ausgebildet und umgibt die Exzenterbuchse 1. Der Grundkörper 2 wiederum wird in einem nicht näher dargestellten Gerüstgehäuse eines Walzgerüsts gehalten.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Lager weist eine Mehrzahl von in dem Grundkörper 2 zum Kontakt mit der Exzenterbuchse 1 angeordnet piezoelektrische Elemente 3 auf. Diese erstrecken sich radial zu dem Grundkörper 2 in Richtung auf die Exzenterbuchse 1 hin. Das jeweilige piezoelektrische Element 3 kann so angesteuert werden, dass seine zum Kontakt mit der Exzenterbuchse 1 vorgesehene Oberfläche in radialer Richtung bei einer ersten Ansteuerung von der Oberfläche der Exzenterbuchse 1 fort und bei einer anderen Ansteuerung auf die Oberfläche der Exzenterbuchse 1 zu bewegt werden kann.
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Zur Verdeutlichung des Gesamtaufbaus innerhalb eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts ist in der 1 ein Teil einer Walze 4 dargestellt, deren (nicht näher dargestellter) Walzenzapfen in der Exzenterbuchse 1 abgestützt ist. Ferner ist ein Walzgut 5 in Form eines zu walzenden Rohrs oder Stabs dargestellt. Pfeile auf der Walze 4 und dem Walzgut 5 zeigen die jeweilige Drehbewegung bzw. Fortschrittsbewegung der Walze 4 bzw. des Walzguts 5 an.
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Wie die 2 verdeutlicht, kann die der Exzenterbuchse 1 zugewandte Oberfläche 6 des Piezoelements 3 in einem ersten Ansteuerungszustand in den Kontakt mit der Exzenterbuchse 1 gebracht werden. Die 3 zeigt einen zweiten Ansteuerungszustand des Piezoelements 3. Hier wird das Piezoelement 3 mit seiner Oberfläche 6 von der Oberfläche der Exzenterbuchse 1 fortbewegt.
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Die 4 verdeutlicht, dass benachbarte Piezoelemente 3 hinsichtlich ihrer Ansteuerung in zwei Gruppen aufgeteilt werden können. In der in 4 dargestellten Betriebssituation sind die Piezoelemente 3A momentan kontrahiert, während die Piezoelemente 3B momentan elongiert sind.
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Der elongierte und der kontrahierte Betriebszustand der Piezoelemente 3 kann mit hoher Frequenz gewechselt werden. Wegen der Massenträgheit der Exzenterbuchse 1 kann diese der Bewegung der Oberfläche 6 der Piezoelemente 3 nicht folgen. Dies wiederum bewirkt, dass der Kontakt zwischen der Exzenterbuchse 1 einerseits und der jeweiligen Oberfläche 6 des jeweiligen Piezoelements 3 andererseits während eines gewissen Zeitanteils jedes Anregungszyklus aufgehoben wird. Besteht kein Kontakt zwischen der Oberfläche 6 des Piezoelements 3 und der Oberfläche der Exzenterbuchse 1, so kann an dieser Stelle keine Reibung entstehen. Dadurch kann die Reibung reduziert werden, wenn die Exzenterbuchse 1 innerhalb des Lagers rotiert werden soll. Der Einsatz von zwei (oder mehr) Gruppen von piezoelektrischen Elementen 3 bietet den Vorteil, dass stets ein Kontakt zwischen der Oberfläche 6 einiger Piezoelemente und der Oberfläche der Exzenterbuchse gegeben ist. Dadurch kann die aus der Walzkraft resultierende Normalkraft zwischen der Exzenterbuchse einerseits und der mit dem Piezoelementen 3 bestückten Lagereinheit andererseits optimal und ohne zeitliche Unterbrechung übertragen werden.
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In 5 ist dargestellt, dass in einer bevorzugten Ausführungsform die piezoelektrischen Elemente 3 nur auf einer Seite der Exzenterbuchse 1 ausgeführt werden müssen. Dies ist die Seite der Exzenterbuchse, die aufgrund der aus der Walzkraft resultierenden Normalkraft gegen das Gerüstgehäuse gedrückt wird. Ferner zeigt die 5, dass der Grundkörper 2 des erfindungsgemäßen Lagers als Einschub 2a in ein Gerüstgehäuse 7 eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts ausgebildet werden kann.
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6 zeigt ausgehend von der Bauform der 5, dass zwei weitere Einschübe 8, 9 für das Gerüstgehäuse 7 des erfindungsgemäßen Walzgerüsts vorgesehen sein können. Die Einschübe 8, 9 weisen zwischen ihren jeweiligen Grundkörpern und der Exzenterbuchse 1 angeordnete piezoelektrische Elemente 10, 11 auf. Diese können nach Art eines Schreitantriebs betrieben werden und dadurch eine Rotationsbewegung der Exzenterbuchse 1 relativ zum Gerüstgehäuse 7 ermöglichen. Hierzu wird die Reibung der Lagerung der Exzenterbuchse 1 in dem erfindungsgemäßen Lager durch entsprechendes Ansteuern der piezoelektrischen Elemente 3 reduziert. Während der Zeit der reduzierten Reibung können die piezoelektrischen Elemente 10, 11 als Schreitantrieb angetrieben werden und die Exzenterbuchse 1 relativ zum Gerüstgehäuse 7 rotieren.