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"DurehbiegungscinsteIlwalze
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Die Erfindung betrifft cine Durchbiegungseinstellwalze mit den im
Oberbegriff d(s Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Eine solche Walze ist aus
der DE-OS 23 25 721 bekannt. Bei der bekannten Walze ist die Funktion zwischen den
Stützkräften zweier mit gleichem Druck beaufschlagter Stützelemente einfache Proportionalität,
da die Wirkflächen (Kolbenflächen) der hydrostatisch ausgebildeten Stützelemente
ungleiche Flächengröße aufweisen. Wirkungsgemäß entspricht dabei etwa die Verdopplung
der Fläche der konstruktiven Zusammenfassung zweier einzelner Stützelemente, und
es ist weniger eine Frage des Betriebsablaufs als vielmehr eine Frage der Fertigungskosten,
eventuell auch der Festigkeit der Bauteile, ob man die eine oder andere konstruktivc
Lösung vorzieht. Eine Vereinfachung der Steuerung ist damit nicht beabsichtigt.
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Sobald andere Beziehun(3cn zwischen den Kräften gewünscht werden,
die von den Stützelementen aufzubringen sind, hat man bisher die Drücke des ihnen
jeweils zugeführten Hydraulikmediums variiert Für jedes getrennt steuerbare Stützelement
war demnach bisher eine eigene Steuereinheit erforderlich, im allgemeinen bestehend
aus einem Ventil, das den Zufuhrdruck entsprechend eincm elektrischen Steuersignal
reduziert, und einer dem Ventil vorgeschalteten Signalaufbereitungsschaltung.
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Es ist verständlich, daß die üblicherweise gewünschte Konstanz der
in einem Walzspalt erzeugten I,inienkraft umso genauer zu gewährleisten ist, je
mehr die einzelnen Stützelemente £ndividur.li stcucrbar sind. fine Vermehrung der
Zahl der Steuerungen
wirft aber Platz- und Kostenprobleme auf.
Gemäß der DE-OS 28 47 029 kann man einen Kompromiß dergestalt vorsehen, daß Gruppen
von Stützelementen in Zonen zusammengefaßt werden, denen jeweils nur eine Steuereinheit
zugeordnet ist.
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Das Verhalten einer solchen zonengesteuerten Walze ist in der Zeitschrift
Das Papier, Heft 4, S. 125 ff, 1980 theoretisch untersucht worden, und zwar für
eine in der Praxis allerdings nicht verwendete dreizonige Walze. Der Autor erläutert
die Ursachen für die in der Praxis auftretenden Abweichungen der Spaltweite von
einem vorgegebenen mittleren Wert; das Walzprofil behält seine Form auch bei einer
abweichenden Einstellung der mittleren Linienkraft, während sich die Größe der Abweichungen
jedoch verändert.
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Die erwähnte Profilform weist daher in charakteristischer Weise fNulldurchgänge
der Spaltweitenabweichung auf, so daß das Profil die bekannte M- oder W-Form annimmt,
wobei vier Nulldurchgänge vorliegen.
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Ausgehend von der eingangs genannten Druckschrift liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Stützelemente durch Verringern der Steuereinheiten
zu vereinfachen und zu verbilligen, indem mehrere Stützelemente mit demselben Steuersignal
ansteuerbar gemacht werden, obwohl sie über den Bereich der zu erzeugenden Linienkräfte
jeweils ungleiche Stützkräfte auizubringen haben.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehe Lösung dieser Aufgabe ergibt sich
aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1; die Unteransprüche definieren
zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Lösung.
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Die Funktion zwischen den Stützkräften zweier (oder mehrerer) Stützelemente
über den Bereich der einzustellenden Linienkräfte läßt sich theoretisch oder experimentell
ermitteln. Durch eine sinnvolle Kombination der Ausbildung von Drosselorganen, gegebenenfalls
unter Verwendung von Stützelementen mit unterschiedlichem Wirkungsurschnitt, lassen
sich
- wie noch an einem Beispiel gezeigt werden wird -dann die gewünschten Funktionen
nachbilden, und zwar ohne die Notwendigkeit, die erwähnten Drosselorgane ihrerseits
steuerbar machen zu mUssen.
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Drosselorgane sind einfache, gut berechenbare und mit geringem Raumbedarf
unterbringbare Bauteile, so dass die angestrebte Vereinfachung auf der Steuerseite
nicht durch einen entsprechend hohen Aufwand auf der Hyraulikseite erkauft werden
muss.
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Wie noch gezeigt werden wird, lässt sich trotz erheblich verminderten
Steuerungsaufwands die Abweichung im Profil eines gewalzten Produkts von einem Mittelwert
extrem klein halten.
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Die beigefügten Zeichnungen dienen der Verdeutlichung der nachstehenden
Ausführungen, die im einzelnen ein Ausführungsbeispiel beschreiben. Es zeigt: Fig.
1 schematisch eine mit einer Gegenwalze einen Walzspalt begrenzende Durchbiegungseinstellwalze,
Fig. 2 ein Schema des Aufbaues des Hydraulikteils im Randbereich der Walze nach
Fig. 1 und Fig. 3 ein Nomogramm, aus dem sich die Verläufe der Stützkräfte in Abhängigkeit
von den beaufschlagenden Drücken entnehmen lassen.
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Fig. 1 stellt schematisch eine Durchbiegungseinstellwalze 1 dar,
die mit einer zylindrischen Gegenwalze 2 zusammenwirkt.
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Die Durchbiegungseinstellwalze umfasst einen durch nichtdargestellte
Kulissen z.B. nach der US-PS 3 885 283 geführten Walzenmantel 3, der mittels hydrostatischer
Stützelemente 4 und Gegenstützelemente 5 auf einem Joch 6 abgestützt ist. Die Stützelemente
4 sind in drei Gruppen ("Zonen") unterteilt, nämlich eine Mittenzone 4a und zwei
Zwischenzonen 4b rechts und links der Mittenzone. Die Gegenstützelemente 5 definieren
dann die Randzonen.
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Nach dem bisher üblichen Stand der Technik wären der Mittenzone,
beiden Zwischenzonen, und auch beiden Randzonen je eine - also insgesamt fünf -
Steueranordnungen zuzuordnen.
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Gemäss der Erfindung geht man jedoch so vor, dass jeweils die Randzonen
und die Zwischenzonen ein gemeinsames Steuersignal - hier in Form eines einstellbaren
Hydraulikdrucks - zugeführt erhalten. Die unterschiedlichen Kräfte in Rand- und
Zwischenzonen werden dadurch herbeigeführt, dass durch Drosselanordnungen eine konstante
Kraftdifferenz oder, noch besser, eine mit steigendem eingestellten Druck fallende
Kraftdifferenz erhalten wird. Die nachstehende Tabelle nennt für die im Walzspalt
zwischen Walzenmantel 3 und Gegenwalze 1 wirkenden Linienpresskräfte von 40 bis
120 N/mm die rechnerisch ermittelten Drücke unter Voraussetzung von gleichen Wlrkungsquerschnitten
zum Erzielen von extrem geringen Spaltweitenabweichungen. Die in der Zeile "Druckdifferenz"
angegebenen Werte können in erster Näherung durch eine konstante Druckdifferenz
von 6,53 bar realisiert werden, in genauerer Näherung durch mit steigendem Druck
linear fallende Differenzwerte. Die numerischen Wert. der Drücke lassen sich aus
der Tabelle entnehmen.
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Presskraft (N/mm) 40 60 80 100 120 Randzone (bar) 3,33 20,03 36,77
53,53 70,16 (Gegenstützquelle) PZwischenzone bar) 11,84 27,54 43,30 49,09 74,69
PDifferenz (bar) 8,51 7,51 6,53 5,56 4,53 mittlere Spaltweitenabw. (um) 0,03 0,11
0,19 0,27 0,53 maximale Spaltweitenabw. (um) 0,18 0,66 1,12 1,57 2,07 (Drücke «
Kräfte bei gleichem Wirkungsquerschnitt) Die Realisierung der erforderlichen Differenzkraft
in einer gemeinsam gesteuerten Zone lässt sich dadurch erzielen, dass im Falle hydrostatischer
Stützelemente deren Durchmesser unterschiedlich ausgeführt werden und zusätzliche
Drosselstellen an den Stützelementen mit dem grösseren bzw. kleineren Durchmesser
vorgesehen werden.
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Fig. 2 stellt den der Tabelle zu Grunde gelegten Fall schematisch
dar. Die den gesteuerten Druck P1 liefernde Pumpe speist unmittelbar die in der
Randzone liegenden StUtzelemente 5. Ueber ein Drosselelement 7 werden die Stützelemente
der Zwischenzone 4b, die hier mit einem grösseren Wirkungsquerschnitt ausgebildet
sind, mit einem niedrigeren Druck P2 angespeist.
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Die für den Fall nach Fig. 2 zur Anwendung zu bringende Drossel-Kennlinie
in Abhängigkeit des gesteuerten Druckes lässt sich graphisch ermitteln. Hierzu dient
das Nomogramm gemäss Fig. 3 Das untere Koordinatensystem der Fig. 3 zeigt den gewünschten
Verlauf der Kräfte der Stützelemente der Zonen 4b und 5 in AbhMngigkeit von einem
gemeinsamen Speisedruck P1 nach der Ta-
belle (Llnien F4b und F5).
Die Stützelemente 5 werden von diesem Speisedruck P1 direkt beaufschlagt. Für drei
eingezeichneten Belastungsfälle k, j, i ergaben sich die Kräfte F5k, F5j, F51 auf
der Linie F5. Auf der Linie F4b entsprechen diesen BelastungsfXllen die grösseren
Kräfte F4bk, F4bj und F4bi.
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Diese grösseren Kräfte werden erfindungsgemäss dadurch erhalten,
dass die Stützelemente der Zone 4b einen grösseren Wirkungsquerschnitt haben als
die der Zone 5, wobei gleichzeitig durch die Drossel 7 der Druck P1 auf den Wert
P2 gesenkt wird. Im Diagramm zeigt die Hilfslinie F4b' den Kraftverlauf dieser Stützelemente
der Zone 5 in Abhängigkeit vom sie beaufschlagenden Druck. Die horizontalen Strekken
dk, dj und di entsprechen dem erforderlichen Druckabfall an der Drossel 7 zur Erzielung
der Kräfte F4bk usw.
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Im vorliegenden Beispiel wurden die oben in der Tabelle angegebenen
Daten zu Grunde gelegt; man erkennt, dass andere gewünschte Verläufe sich ähnlich
einfach realisieren lassen.
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Es ist auch denkbar, dass die in der Zwischenzone wirkenden Kräfte
kleiner sein müssen als die Kräfte der Gegenstützquellen. In einem solchen Fall
sind Stützelemente, die nach dem Drosselorgan geschaltet sind, zweckmässig, welche
einen gleich grossen oder kleineren Wirkungsquerschnitt haben als die Stützelemente,
die ohne Drosselorgan mit gleichem Druck beaufschlagt sind.
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Obwohl die Erfindung anhand des Beispieles von Stützelementen und
Gegenstützelementen erläutert wurde, wrsteht es sich, dass auch an anderen Stellen
der Walze die Stützelemente bzw Gruppen von Stützelementen in der gleichen Weise
geschaltet werden können.