DE3529102A1 - Walze fuer warmgut, insbesondere fuer transport- und walzvorgaenge im hochtemperatur-bereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze für Warmgut, insbesondere für Transport- und Walzvorgänge im Hochtemperatur-Bereich, vorzugsweise in Stranggießan­ lagen und Warmwalzwerken. Ein weiterer Anwendungsbereich, der sich aus der Biegesteifigkeit der Walze ergibt, ist in Kaltwalzwerken zu finden.

Insbesondere in Stranggießanlagen unterliegen die Walzen, die zum Stützen und Transportieren der hochwarmen Gießstränge eingesetzt sind einer ständig wechselnden Beaufschlagung mit Wärme. Darüber hinaus wird die Walzenober­ fläche je nach Einsatzbereich periodisch und schockartig mit Spritzwasser beaufschlagt. Hieraus resultierende Brandrisse am Walzenumfang schwächen die Festigkeit und lassen die Walzen schnell unbrauchbar werden.

Es sind Maßnahmen bekannt, die auf Abstellung dieser Nachteile abzielen. Neben der Verwendung von Materialien mit hoher Warmfestigkeit werden kon­ struktive Maßnahmen getroffen. Beispielsweise werden Walzen mit am Umfang axial verlaufenden Schwalbenschwanz-Nuten versehen, die der Aufnahme von Segmenten aus hochwarmfesten Materialien dienen und die die Brandrissge­ fahr am tragenden Walzenkern verhindern, wobei jedoch eine Vergrößerung des Walzendurchmessers hingenommen werden muß (DE-OS 20 30 322).

Ein weiterer Vorschlag, der zur Abstellung der oben genannten Probleme füh­ ren soll, ist aus dem Patent DE 20 02 825 bekannt. Hier werden nach den Merk­ malen der Erfindung die der Walze die Festigkeit gebenden Elemente (Spann­ bolzen) unter die Walzoberfläche verlegt und somit einer Schwächung durch Brandrisse entzogen. Die Walze besteht hier aus Ringen, die durch die Spann­ bolzen derart verspannt sind, daß sich ein biegesteifer Walzenkörper ergibt.

Während die Walze gemäß DE-OS 20 30 322 eine Trennung der durch mechanische Beanspruchung bzw. durch Temperatur beanspruchte Elemente vorsieht, aber keine Biegefestigkeit herbeiführt, ist aus den Merkmalen des Patentes DE-29 02 825 nicht zu erkennen, wie der während des Betriebes auftretende Schwund der Vor­ spannung ausgeglichen wird, wenn die Spannbolzen, wie dargestellt, mit den Schildplatten verschweißt sind. Darüber hinaus ist nicht erkennbar, wie die Vorspannung in den Dehnbolzen bei Verschweißen oder Vernieten mit den Schild­ platten in dieser Form erreicht werden kann. Die Tatsache, daß die als Merk­ mal herausgestellte Verbindung mit Nietköpfen, Stauchköpfen oder dergleichen (Anspruch 4 des DE 29 02 825) keine Spannbarkeit und auch keine Nach-Spann­ barkeit erlaubt, läßt diese Art der Verbindung in dieser Form als nicht praktikabel erscheinen.

Die in der Beschreibung des Patentes DE 29 02 825, Rubrik 4, Zeilen 55-58 erwähnte Schrauben-Muttern-Verbindung läßt nicht erkennen, wie der Dehn­ bolzen mit seinem maximalen Querschnitt erhalten bleibt. Wird nämlich auf den tragenden Querschnitt ein Gewinde geschnitten, dann bleibt nur der Ge­ winde-Kernquerschnitt übrig und dieser wird noch erheblich durch die Kerb­ wirkung des Gewindes geschwächt.

Die auf Dauer-Wechselfestigkeit zu berechnenden Dehnbolzen können so nicht eingesetzt werden.

Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:

• 1. Eine lösbare Spannbolzen-Verbindung zu schaffen, die den tragenden Querschnitt des Spannbolzens nicht mindert.
• 2. Eine Spannbolzen-Verbindung zu schaffen, die ein Nachspannen der Spann­ bolzen nach einer längeren Betriebsdauer ermöglicht.
• 3. Eine Ausbildung der Spannbolzen-Verankerungsbereiche zu finden, die die Überlagerung der Spannbolzen-Vorspannung infolge Wärmeausdehnung in den Walzenringen vermindert oder verhindert.
• 4. Eine Material-Kombination von Walzenring und Spannbolzen zu finden, die die Überlagerung der Spannbolzen-Vorspannung infolge Wärmeausdehnung in den Walzenring vermindert oder verhindert.
• 5. Eine Ausbildung der Spannbolzen-Verankerungsbereiche zu finden, die bei einer unlösbaren Verbindung von Walzenzapfen-Schild und Spannbolzen so­ wohl eine kontrollierte Aufbringung der Vorspannkraft ermöglicht als auch eine Nachspannbarkeit sicherstellt.

Aus der Tatsache, daß sich der Walzenballen infolge Erwärmung dehnt und die vorgespannten Spannbolzen während der Umläufe reckt und zu sehr hohen Werten führt, ergibt sich die Frage nach geeigneter Werkstoff-Kombination (Walzen­ ballen-Spannbolzen) und nach geeigneter konstruktiver Ausbildung des Walzen­ ballens und der Zapfenschilde bzw. der als Widerlager dienenden Ringscheibe. In diesem Sinne ist auch dafür zu sorgen, daß die Temperatur-Differenz von Walzenballen zu Spannbolzen möglichst gering bleibt, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Spannbolzen in ihrer Festigkeit durch hohe Temperaturen nicht beeinträchtigt werden. Spannlänge und Dehnlänge sind bei Erwärmung des Walzenballens für die Beanspruchung der Spannbolzen von besonderer Bedeutung. Sie stehen in einem bestimmten Verhältnis. Dies ergibt sich aus den unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungszahlen und den unterschiedlichen Temperaturen. Es ist anzustreben, daß die Dehnlänge und die Temperatur-Differenz klein und die Spannlänge groß ist. Hierdurch werden die über die Vorspannung hinaus­ gehenden, aus der Erwärmung des Walzenmantels sich ergebenden, periodisch schwankenden Spannungen in den Spannbolzen gering gehalten. In diesem Sinne wirkt auch die Maßnahme in den Zapfenschilden eine Eindrehung vorzunehmen. Die Eindrehung erfolgt bis zu einer Tiefe bei der eine errechnete "Kurve gleicher Festigkeit" nicht angeschnitten wird. Die so entstandene Scheibe dient als federnde Spannelemente-Abstützung.

Die Festigkeit der Spannbolzen sollte durch Aufbringen von Gewinde nicht geschwächt werden. Wenn zum Spannen der Spannbolzen Gewinde nötig ist, muß dieses so angeordnet werden, daß dessen Kern-Querschnitt unter Betriebsbe­ dingungen nicht belastet wird. Erfindungsgemäß wird daher die Kraftüber­ tragung mittels Ringspannkeilen vorgenommen die durch eine Gewindemutter gesichert werden. Die Ringkeile werden erfindungsgemäß im Klemmbereich in geringem Maß aufgeweitet um eine Kerbwirkung am Spannbolzen zu vermeiden.

Damit die Spannmutter nicht ständig unter Spannbolzen-Vorspannkraft steht, wird zur Sicherung des Spannkeiles ein geteilter und eingepaßter Ring in eine am Spannbolzen eingedrehten Nut eingelegt. Die Spannmutter wird zu diesem Zweck mit einem diese Scheibe übergreifenden Überwurf versehen. Eine geringe Rückdrehung der Spannmutter entlastet dann das Gewinde und der ge­ teilte Ring sichert den festen Sitz des Ringkeiles.

Um eine möglichst große Zahl von Spannbolzen auf einem gegebenen Teilkreis unterbringen zu können, werden die Spannelemente erfindungsgemäß in zwei "Etagen" angeordnet. Bei dieser Anordnung liegen dann nicht zwei Spannele­ mente nebeneinander, sondern in der kritischen "unteren Etage" wechselweise ein Spannelement und ein Spannbolzen. Um gleiche Spannbolzen-Längen zu er­ halten, wechselt diese Anordnung jeweils von Walzen-Ende zu Walzen-Ende.

Eine auf bestimmte Anwendungsfälle fixierte Verspannung der Walzenringe zeigt Fig. 7. Hier werden die Spannbolzen unlösbar mit dem Zapfenschild verbunden und die Vorspannung in den Spannbolzen mittels einer an den Walzenzapfen an­ greifenden Kraft aufgebracht und durch eine zwischen Zapfenschild und Walzen­ ballen angeordneten Spannmutter gesichert.

Die erfindungsgemäße Walze Fig. 1 besteht aus den Grundbauteilen Walzen­ ballen 1 und den Lagerzapfen 2 und 3 an denen sich die Zapfenschilde 5 a, b be­ finden. Die Drehlager sind nicht gezeigt. Der Walzenballen 1 ist aus meh­ reren Walzenringen 4 gebildet. In die Zapfenschilde 5 a und 5 b sind auf dem Teilkreis 6 eine Vielzahl Bohrungen 7 angeordnet, die der Aufnahme bzw. dem Durchgang der Spannbolzen 8 dienen. Die Spannbolzen 8 liegen in dem durch die Walzringe 4 gebildeten Hohlraum 9.

Die Zapfenschilde 5 a und 5 b haben ringförmig umlaufende Eindrehungen 10, die im Lagerzapfen-Kern 11 bis an die Linie 12 (Kurve gleicher Festigkeit) heran­ geführt sind. Auf der sich hierdurch bildenden Scheibe 13 , die wahlweise auch als lose Scheibe ausgebildet sein kann, stützt sich die Verankerung 14 der Spannbolzen 8 ab. Die Distanz gemäß Eindrehung 10 ist im Falle der "losen Scheibe" durch eine entsprechende Schulter sichergestellt.

Eine vorteilhafte und auf Wiederverwendung der gebrauchten Spannbolzen 8 ge­ richtete Ausführung der Verspannung der Spannbolzen 8 ist in Fig. 2 als Aus­ schnitt dargestellt. Hier sind in die Scheibe 13 kegelige Bohrungen 15 einge­ arbeitet, die der Aufnahme der ebenso kegelig ausgebildeten Spannhülsen 16 dienen. Während die Vorspannung in den Spannbolzen 8 durch die Spannmutter 17 erzeugt wird, übernimmt die Spannhülse 16 die aus der Erwärmung und Streckung des Walzenballens 1 aufkommende Belastung.

Die Fig. 3 zeigt eine Kombination von Spannmutter 20 und Spannhülse 16 sowie eines geteilten Ringes 19. Hierdurch ergibt es sich, daß der vorgespannte Spannbolzen 8 sich über den geteilten Ring 19 und der Schulter 18 a des Ge­ windes 18 auf der die Verkeilung bewirkenden Spannhülse 16 und der Scheibe 13 abstützt. Der geteilt ausgeführte Ring 19 ist eingepaßt und ist durch den Über­ wurf 20 a der Spannmutter 20 in seiner Lage fixiert. Die Spannmutter 20 wird zur Entlastung des Gewindes 18 etwas gelockert. Die Spannhülse 16 weist im Klemmbereich eine Aufweitung 24 auf, womit eine Kerbwirkung am Spannbolzen 8 vermieden wird.

Fig. 4 zeigt eine im Spannbolzen-Verankerungsbereich veränderte Walzenaus­ führung, die zur Verbesserung des Verhältnisses von Spannlänge zur Dehnlänge und damit zur Verbesserung der Belastbarkeit der Spannbolzen 8 führt. Die der Spannbolzen-Dehnungslänge L ₂ gegenüberstehende Streckungslänge L ₁ ist um das Maß L vergrößert und vermindert somit bei Erwärmung des Walzenballens 1 die über die Vorspannung der Spannbolzen 8 hinausgehende Belastung. Die Walzenlänge L ₃ ergibt sich aus den zu walzenden bzw. zu transportierenden Materialbreiten. Die Differenz von L ₃ zu L ₁ begünstigt weiter die Entlastung der Spannbolzen 8 bei Erwärmung des Walzenballens 1, weil die Distanz L ₃- L ₁ sich ohne weiteren Einfluß auf die Vorspannung der Spannbolzen 8 ausdehnen kann.

Das Maß L kann, je nach Einbauverhältnissen der Walze über das Maß L ₃- L ₁ hinausgehen, wodurch die Spannungsverhältnisse im Spannbolzen 8 im Falle der Erwärmung des Walzenballens 1 weitergehend begünstigt werden.

Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen im Detail, wie durch eine vorteilhafte An­ ordnung der Spannbolzen 8 und deren Verankerungselemente (16, 17 und 21) die Anzahl der Spannbolzen 8 auf einem gegebenen Teilkreisdurchmesser 6 erhöht und somit die Festigkeit der Walze ingesamt erhöht werden kann. Zu diesem Zweck sind die Verankerungselemente in zwei "Etagen" angeordnet. Eine Reihe Verankerungselemente ist in der Scheibe 13 angeordnet; eine weitere Reihe ist darüber angeordnet und stützt sich über die Ringscheibe 21 auf der Scheibe 13 ab. Die Ringscheibe 21 ist mit Ausnehmungen 21 a ver­ sehen, die den dort hineinragenden Elementen (Spannmutter 17 und Spann­ bolzen 8) den nötigen Freiraum bieten. Die so getroffene Anordnung der Spannelemente wechselt von Walzenseite zu Walzenseite, so daß sich für die Spannbolzen 8 immer gleiche Längen ergeben.

Fig. 7 zeigt eine auf bestimmte Anwendungsfälle fixierte Lösung, die Vor­ spannung in den Spannbolzen 8 zu erzeugen und eine Nachspannbarkeit sicher­ zustellen. Die Spannbolzen 8 werden mit der Scheibe 13 in ungespanntem Zu­ stand verschweißt. Zwischen den Zapfenschilden 5 a bzw. 5 b und dem Walzenbal­ len 1 ist eine Spannmutter angeordnet, die sich mittels Gewinde auf dem Gewindezapfen 23 der Walzenzapfen 1 bzw. 2 abstützt.

Lösungsbeispiele der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben sind in den nachstehend aufgeführten Zeichnungen dargestellt und werden darauf Bezug nehmend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine komplette Walze, teilweise geschnitten dargestellt;

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verankerungsbereich der Spannbolzen, mit in den Zapfenschild eingearbeiteten Verankerungselementen;

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verankerungsbereich der Spannbolzen, mit einer Sicherung der Verankerungselemente durch eine Scheibe;

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verankerungsbereich der Spannbolzen mit einem den Verankerungsbereich überdeckenden Walzenring;

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verankerungsbereich der Spannbolzen mit einer in axialer Richtung versetzt liegenden Anordnung der Ver­ ankerungselemente;

Fig. 6 zeigt die gem. Fig. 5 angeordneten Verankerungselemente im Schnitt und wie diese auf dem Teilkreisdurchmesser nebeneinander liegen;

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verankerungsbereich der Spannbolzen wobei diese mit dem Zapfenschild verschweißt und mittels einer Spannmutter vorgespannt sind.

Claims (8)

1. Walze für Warmgut, insbesondere eine Stütz- und Transportwalze, gebildet durch mehrere Ringe und an beiden Enden durch Zapfenschilde begrenzt, wobei diese als Abstützung für die das gesamte Bauteil zu­ sammenhaltenden Spannbolzen und Spannelemente dienen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zapfschilde (5 a, 5 b) Eindrehungen (10) aufweisen, deren Tiefe bis an eine gegebene Kurve gleicher Festigkeit (12) her­ anreicht und daß die so entstandenen, dem Walzenballen (1) abgewendeten Scheiben (13) als Widerlager für die Spannelemente (14) dienen.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannelemen­ ten (14) als Widerlager dienenden Scheiben (13) als separates Element sich auf dem Zapfenschild (5 a, 5 b) abstützt.

3. Walze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfenschil­ de (5 a, 5 b) bzw. die Scheiben (13) an ihrer Außenseite auf einem Teil­ kreis (6) angeordnet eine Vielzahl kegeliger Bohrungen (15) aufweisen, die der Aufnahme kegeliger Spannhülsen (16) dienen, daß die Spannhülsen (16) in ihrer Lage durch Spannmuttern (17) fixiert sind und daß die Spann­ hülsen (16) im Klemmbereich eine Aufweitung (24) aufweisen.

4. Walze nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülsen (16) in eingepreßtem Zustand durch eine geteilte Scheibe (19), die in eine Eindrehung des Spannbolzens (8) eingreift, gesichert ist und daß die Spannmutter (20) einen Überwurf (20 a) aufweist, der die geteilte Scheibe (19) in ihrer Lage fixiert.

5. Walze nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Bereich des Zapfenschildes (51, 5 b) liegende Walzring (1 a) einen Flansch (1 b) aufweist, daß dieser Flansch (1 b) das Widerlager des Zapfenschildes ( 5 a, 5 b) bildet und daß der Walzenring (1 a) mit einer Länge L ₃ die gespannte Länge L ₁ überlagert.

6. Walze nach mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (Spannhülse 16 und Spannmutter 17) in zwei Ebenen und versetzt auf dem Teilkreis (6) angeordnet sind, daß diese Anordnung von Walzen-Antriebsseite zur Los-Seite wechselt und daß die Spannelemen­ te der "oberen Etage" auf einer Ringscheibe (21) aufgesetzt sind, die an ihrer Unterseite Ausnehmungen (21 a) aufweist, die den unteren Spannmut­ tern (17) als Freiraum dienen.

7. Walze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbol­ zen (8) mit der angedrehten oder lose angesetzten Scheibe (13) ver­ schweißt sind, daß zwischen Zapfenschild (5 a, 5 b) und Walzenring (1) eine Spannmutter (22) angeordnet ist und daß die Zapfenschilde (5 a, 5 b) Gewindezapfen (23) tragen.

8. Walze nach Anspruch 1 und anderen, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen­ ringe (1) des Walzenballen aus einem Material mit geringer Wärmeausdeh­ nung (z. B. GGG 40) und die Spannbolzen (8) aus einem Material mit einer hohen 0,2-Dehngrenze gefertigt sind.