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Dokumentenidentifikation DE60119372T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001343598
Titel VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR SCHWINGUNGSKONTROLLE IN EINEM WALZWERK
Anmelder Novelis,Inc., Toronto, Ontario, CA
Erfinder FARLEY, Thomas William Dashwood, Murcot Kidlington, Oxfordshire OX5 2RE, GB
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 60119372
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.12.2001
EP-Aktenzeichen 012712683
WO-Anmeldetag 17.12.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/GB01/05576
WO-Veröffentlichungsnummer 2002049782
WO-Veröffentlichungsdatum 27.06.2002
EP-Offenlegungsdatum 17.09.2003
EP date of grant 03.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse B21B 37/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B65H 23/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B65H 27/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B65H 23/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16F 15/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16F 15/121(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16F 15/126(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Walzen-Vibrationssteuerungsvorrichtung und auf ein Verfahren zur Beschränkung der Vibrationen in einem Walzgerüst.

Beim Kaltwalzen von Metall wird ein kontinuierliches Metallband durch ein Walzgerüst geführt, um so die Dicke des Metallbands zu reduzieren. Grundsätzlich besteht das Walzgerüst aus einem Paar von Walzen, die bei ihrer Verwendung über eine Distanz voneinander getrennt sind, die leicht geringer als die gewünschte Austrittsdicke des Metallbands ist, welches zwischen den Walzen hindurchtritt. Wo die gewünschte Dicke des Metallbands klein ist, kann ein Walzen mit geschlossenem Spalt durchgeführt werden, wobei die Oberflächen der Walzen sich außerhalb der Breite des Bands berühren und das Metallband in der Lage ist, zwischen den Walzen als Ergebnis einer leichten Ablenkung der Oberfläche der Walzen hindurchzutreten. Üblicherweise umfasst das Walzgerüst einen Satz von Walzen, die aus einem Paar kleiner Arbeitswalzen bestehen, die jeweils wiederum in Kontakt mit einer oder mehreren deutlich größeren Stützwalzen stehen. Die Komponenten des Walzgerüsts haben ihre eigenen natürlichen Vibrationsfrequenzen; jedoch können Resonanzvibrationen des Walzgerüsts entstehen, die die Qualität des zu walzenden Metallblechs negativ beeinflussen. Typischerweise kann beispielsweise eine 10%-ige Abweichung der Austrittsdicke durch Dickenrattern bewirkt werden, welches üblicherweise sehr schnell entwickelt und nur durch Reduzieren der Geschwindigkeit des Metallbands durch das Walzgerüst gestoppt werden kann. Dickenrattern ist ein selbsterregtes Phänomen und ist, wenn es einmal entstanden ist, Gegenstand eines Rückkopplungsmechanismus, der dazu führen kann, dass sich Vibrationen sehr schnell auf nicht akzeptable Niveaus aufbauen.

Dieser Rückkopplungsmechanismus ist jedem Walzgerüst inhärent und wird schematisch in 1 dargestellt. 1 zeigt den Durchgang eines Bands 2 aus Metall durch zwei Gerüste n und n + 1 eines Metallwalzwerks mit einer Vielzahl von Gerüsten. Jedes Gerüst umfasst Arbeitswalzen 10 mit kleinerem Durchmesser, zwischen denen das Band 2 hindurchtritt und die jeweils durch eine Stützwalze 11 mit vergleichsweise größerem Durchmesser abgestützt werden. An jedem Gerüst n, n + 1 erzeugt eine Veränderung der Walzbelastung (beispielsweise von einer Veränderung in der Härte des gewalzten Materials oder jeder anderen Störgröße) eine Veränderung in der Band-Austrittsdicke &dgr;(Austrittsdicke). Die Veränderung in der Dicke des austretenden Bands erzeugt eine Veränderung der Band-Eintrittsgeschwindigkeit &dgr;(Eintrittsgeschwindigkeit) aufgrund der Kontinuität des Massenstroms durch die Walzstraße (Masse ein = Masse aus). Die Veränderung der Band-Eintrittsgeschwindigkeit bewirkt wiederum eine infolgedessen erfolgte Veränderung der Spannung im Bandeintritt &dgr;(Eintritts-Zug). Dies tritt auf, da dann, wenn die Geschwindigkeit des Metalls an einem Ende relativ zu der Geschwindigkeit am anderen Ende ansteigt, das Band dazu gezwungen wird, sich wie eine Feder zu strecken und somit eine höhere Spannung aufweist. Schließlich erzeugt die Veränderung im Band-Eintrittszug zur Vervollständigung der Rückkopplungs-Schleife eine Veränderung der Walzlast &dgr;(Walzlast).

Dieses Problem wird dann noch komplizierter, wenn wie dargestellt mehr als ein Walzgerüst in Reihe vorliegen, da die Walzen-Vibration über das die Walzgerüste verbindende Metallband interagieren kann. Eine Veränderung im Eintritts-Zug im Gerüst n + 1 ist äquivalent zu einer Veränderung im Austritts-Zug im Walzgerüst n, was eine Veränderung der Walzlast im Walzgerüst n erzeugen wird. Eine Veränderung in der Austritts-Dicke im Walzgerüst n wird mit dem Band in das Walzgerüst n + 1 wandern und eine Veränderung in der Walzlast im Walzgerüst n + 1 erzeugen.

Derzeit ist die einzige Lösung, ein Dickenrattern zu vermeiden oder dieses zu begrenzen, wenn die Vibration beginnt sich zu entwickeln, die Geschwindigkeit zu beschränken, mit der das Metall durch das Walzwerk hindurchgeführt werden kann. Die WO 96/27454 stellt eine mathematische Analyse des Dickenratterns zur Verfügung und schlägt die Verwendung einer oder mehrerer zusätzlicher Walzen nahe dem Walzspalt vor, die mit dem Metallband mitrollen, wodurch eine Phasenveränderung im mechanischen System, welches aus dem Metallband und dem Walzgerüst besteht, induziert wird. Die Zwischenfügung einer oder mehrerer zusätzlicher Walzen soll einen Phasenvorsprung in den Rückkopplungsmechanismus einführen, der mit dem Walzgerüst verbunden ist und somit die Schleife stabilisieren und Vibrationen verhindern. Dieser Phasenvorsprung wird durch Platzieren einer oder mehrerer zusätzlicher Walzen nahe dem Walzspalt erreicht, was den Effekt hat, die Steifheit des Bands zwischen der Eintrittswalze und der(den) zusätzlichen Walze(n) deutlich kleiner als die zwischen der(den) zusätzlichen Walze(n) und dem Walzspalt zu machen. Zusätzlich wird festgestellt, dass die Trägheit der zusätzlichen Walze(n) so eingestellt sein muss, dass der erforderliche Phasenvorsprung eingeführt wird. Der praktische Effekt hiervon ist, den Betrag der Veränderung im Band-Eintrittszug &dgr;(Eintritts-Zug) zu reduzieren, wodurch eine vollständige Rückkopplungsschleife erzielt wird und die Stabilität des Walzwerks erhöht wird und es somit möglich ist, höhere Walzgeschwindigkeiten ohne Vibrationen zu erzielen.

Die JP08-238511, die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, beschreibt eine Vibrations-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einer Walzstraße, die zwei beabstandete Walzgerüste umfasst. Zwischen den zwei Walzgerüsten wird das zu walzende Material über eine Steuerungswalze geführt, die mit einem Zug-Überwacher versehen ist, um das Trägheitsmoment der Walze zu variieren. Der Zug-Überwacher wird durch ein Gewicht realisiert, das mit der Walze rotiert und dessen Rotationsradius variiert werden kann. Eine weitere Walze detektiert die Spannung im zu walzenden Material und das Ergebnis hiervon wird dazu verwendet, das Trägheitsmoment der Steuerungswalze zu variieren.

Die JP61-18658 beschreibt eine Vibrations-Absorptionsvorrichtung zur Verwendung in einer Band-Bearbeitungsanlage. Die Vorrichtung umfasst eine Vibrations-Absorptionswalze, die elastisch gegen das Band gedrückt wird. Eine laterale Vibration des Bands wird durch eine gesteuerte laterale Bewegung der Walze unterbunden.

Die vorliegende Erfindung versucht, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die Vibration in einem Walzwerk und insbesondere in einem Metall-Walzwerk so zu reduzieren, dass das Dickenrattern geregelt wird und es möglich ist, das Metall bei höheren Geschwindigkeiten ohne den Aufbau unerwünschter Vibration zu walzen.

Obwohl hierin exklusiv in Bezug auf Metallwalzen beschrieben, wird ins Auge gefasst, die Prinzipien der Erfindung auch auf andere Walzprozesse, die unter Vibrationen leiden, anzuwenden.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher eine Walzvorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.

In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschränkung der Vibrationen in einer Walzstraße gemäß Anspruch 20 zur Verfügung.

Die Walze kann stromaufwärts oder stromabwärts des Satzes von Walzen positioniert sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist sie stromaufwärts befestigt und wird somit im Anschluss als Eintrittswalze bezeichnet.

Vorzugsweise ist die Anordnung eine solche, dass das Trägheitselement zur Rotation um eine Achse befestigt ist, die koaxial mit der der Eintrittswalze ist oder nicht und die durch die Eintrittswalze über das Stabilitätselement angetrieben wird. Durch das gleiche Merkmal wird die Fähigkeit der Eintrittswalze, auf Veränderungen der von dem Band übermittelten Geschwindigkeit zu reagieren – siehe unten – von der Aktion des Trägheitselements über das Stabilitätselement abhängen.

Im Kontext der Erfindung ist ein Trägheitselement sowie ein Schwungrad ein Element, das ein einigermaßen großes Massenträgheits-Moment aufweist. Insbesondere sollte das Massenträgheits-Moment des Trägheitselements vorzugsweise höher als das der Eintrittswalze sein.

Ein Stabilitätselement wird als Element betrachtet, das der elastischen Deformation sowie der mit dem Verwinden verbundenen Deformation, einer Dehnung in Längsrichtung oder einer Verbiegung widersteht. Das Stabilitätselement kann beispielsweise ein Torsions-Stabilitätselement sowie eine Torsionsfeder oder eine nachgiebige Welle. Ein anderes Beispiel eines geeigneten Stabilitätselements ist ein flexibler Riemen oder eine Kette.

In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist die Eintrittswalze hohl und das Trägheitselement ist koaxial innerhalb der Eintrittswalze befestigt. Die Eintrittswalze und das Trägheitselement können koaxial für eine unabhängige Rotation um eine gemeinsame Welle befestigt sein, wobei die Welle selbst das Trägheitselement ausbilden kann. Das Stabilitätselement ist vorzugsweise innerhalb der Eintrittswalze in einem ringförmigen Raum zwischen der Walze und dem Trägheitselement befestigt. Beispielsweise könnte das Stabilitätselement die Form einer ringförmigen Schicht aus elastischem Material sowie Gummi annehmen, welches mechanisch die Eintrittswalze und das Trägheitselement miteinander verbindet. Solch eine Schicht könnte perforiert sein, um deren Steifheit zu reduzieren. Alternativ könnte das Stabilitätselement die Form einer Feder oder eines Torsionsrohrs annehmen, welches in dem Raum zwischen der Eintrittswalze und dem Trägheitselement platziert ist. In einer weiteren Alternative könnte das Stabilitätselement die Form von Speichen annehmen, die sich zwischen der Eintrittswalze und dem Trägheitselement erstrecken.

In einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist das Trägheitselement einfach koaxial an einem Ende der Eintrittswelle mit einer Scheibe aus elastischem Material sowie Gummi, welches in Sandwichweise zwischen den beiden angeordnet ist, befestigt. Die elastische Scheibe agiert somit als Stabilitätselement.

Es ist somit ersichtlich, dass die Bewegung des Bandmaterials über die Eintrittswalze bewirkt, dass die Walze rotiert und diese wiederum das Trägheitselement über das Stabilitätselement antreibt. Wie bereits diskutiert, resultiert der Vibrations-Rückkopplungsmechanismus in geringen zyklischen Veränderungen der Eintrittsgeschwindigkeit &dgr;(Eintritts-Geschwindigkeit) des Bandmaterials, welches in den Satz von Walzen eintritt. Diese kleinen Veränderungen der Geschwindigkeit werden durch das Bandmaterial, welches in das Walzwerk einläuft, zurück übertragen und bilden dadurch korrespondierende Variationen der Rotationsgeschwindigkeit der Eintrittswalze. Es ist vorteilhaft, wenn die Eintrittswalze in der Lage ist, diesen Variationen geeignet und genau zu folgen, und zu diesem Zweck wird gewünscht, dass das Bandmaterial fest mit der Eintrittswalze im Eingriff steht, so dass die Veränderungen der Geschwindigkeit genau zur Eintrittswalze übertragen werden. Verschiedene Elemente können dazu verwendet werden, den Schlupf auf ein Minimum zu reduzieren. Beispielsweise kann der Berührungsbogen (Umschlingungswinkel) zwischen dem Bandmaterial und der Walze erhöht werden und/oder die Oberfläche der Walze kann aufgeraut werden. Das Halten des Massenträgheitsmoments der Eintrittswalze so niedrig wie möglich hilft ebenso der Eintrittswalze, schnellen Variationen der Bandgeschwindigkeit zu folgen.

Die Vibrations-Steuerungsvorrichtung versucht, die Variationen der Eintrittswalzen-Geschwindigkeit auf das Trägheitselement über das Stabilitätselement zu übertragen. Vorzugsweise sind die Komponenten auf eine solche Weise aufeinander abgestimmt, dass sie eine Geschwindigkeits-Fluktuation an der Eintrittswalze einführen, die exakt mit der Geschwindigkeits-Fluktuation des Bandmaterials übereinstimmt, wenn es in den Walzspalt eintritt, obwohl diese Bedingung in der Praxis nicht perfekt erreicht werden mag. Hierdurch ist es möglich, die Walzstraßen-Vibration zu unterbinden oder zumindest deutlich zu reduzieren. Dies wird erreicht durch Abstimmen des Trägheitselements und des Stabilitätselements auf eine Resonanz-Bedingung, die etwas oberhalb der Vibrationsfrequenz, die sie wünschenswerter Weise unterbinden soll, liegt. In einem Metallwalzwerk ist diese Frequenz die natürliche Resonanzfrequenz des Walzgerüsts und liegt typischerweise im Bereich von 100 Hz. Jedoch müssen in der Praxis die Elemente der Vibrationssteuerung auf eine etwas höhere Frequenz, typischerweise zwischen 5% und 60% höher und ganz besonders bevorzugt zwischen 10% und 40% höher abgestimmt werden. Eine typische Resonanzfrequenz für das kombinierte Trägheitselement und das Stabilitätselement ist etwa 125 Hz, angenommen eine natürliche Resonanzfrequenz des Walzgerüsts von 100 Hz.

Es wird daher ersichtlich werden, dass der Effekt der zusätzlichen Komponenten – des Trägheitselements und des Stabilitätselements – zu einer zusätzlichen Resonanzfrequenz auf die dynamische Antwort des gesamten Systems hinzuzufügen ist. Die Frequenz dieser neuen Resonanz kann leicht durch Variation der Massenträgheit des Trägheitselements oder die Steifheit des Stabilitätselements abgestimmt werden. Durch Optimieren dieser Abstimmung ist es möglich, die Stabilitätsbedingung zu erreichen, bei der Variationen der Geschwindigkeit des Bandmaterials am Walzspalt in Phase mit und bei gleicher Amplitude mit den korrespondierenden Variationen des Bandmaterials sind, wenn diese über die Eintrittswalze hinweg verlaufen. Die Vibrationssteuerung wird mittels der Steuerung der Rotation der Eintrittswalze erreicht; die Eintrittswalze führt keine translatorische Bewegung in einer Richtung lateral zum Band durch und die Eintrittswalze kann tatsächlich für die Rotation um eine fixierte Achse befestigt werden.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass es oft möglich sein wird, die Vibration-Steuerungsvorrichtung auf einem existierenden Walzgerüst anzubringen. Dies ist darin begründet, dass viele Walzstraßen schon eine oder mehrere stromaufwärts oder stromabwärts des Satzes an Walzen positionierte Eintrittswalzen aufweisen. Diese Eintrittswalzen werden für verschiedene Zwecke verwendet, wobei der am meisten gebräuchliche der ist, das Bandmaterial zum Walzspalt zu führen. Somit kann wie oben beschrieben eine existierende Eintrittswalze durch die Hinzufügung eines Trägheitselements sowie eines Stabilitätselements angepasst werden. Wenn, wie dies oft der Fall ist, eine Vielzahl von Eintrittswalzen vorliegt, wird bevorzugt, dass die Anpassung an der Eintrittswalze ausgeführt wird, die dem Walzspalt am nächsten steht, da erwünscht wird, dass das Bandmaterial einen freien Lauf zwischen der modifizierten Eintrittswalze und dem Walzspalt aufweist. Jedoch sollten, wenn die Vibrations-Steuerungselemente an der Eintrittswalze angepasst sind, die nicht dem Walzspalt am nächsten steht, diese dennoch arbeiten, jedoch möglicherweise in nicht so effektiver Weise, und die Parameter (insbesondere die Anpassung) der Vibrations-Steuerelemente müssten möglicherweise auf die unterschiedlichen Umstände angepasst werden. Wenn die Eintrittswalze und ihre dazugehörigen Vibrations-Steuerungselemente als eine Einheit auf eine existierende Maschine (d.h. ohne Verwendung einer existierenden Eintrittswalze) angepasst werden soll, wird aus dem oben Genannten verständlich, dass nicht erwünscht wird, dass die neue Eintrittswalze so eingesetzt wird, dass sie die dem Walzspalt am nächsten stehende Walze ist.

Es wurde bereits erwähnt, dass es für die bei der Vibrations-Steuerung verwendete Eintrittswalze vorteilhaft ist, ein einigermaßen niedriges Trägheitsmoment aufzuweisen, so dass sie den Variationen der Geschwindigkeit des Bandmaterials folgen kann, wenn Vibrationen auftreten. Zu diesem Zweck wird bevorzugt, dass die Walze so aufgebaut ist, dass sie ein niedriges Massenträgheitsmoment und insbesondere eine so geringe Masse wie vernünftigerweise möglich aufweist. Beispielsweise kann die Walze als Alternative zu Stahl (dem üblichen Material) vollständig oder teilweise aus einem leichtgewichtigen Kunststoffmaterial oder einem Leichtmetall sowie Aluminium oder einem leichtgewichtigen verstärkten Material sowie verstärktem Harz oder Karbonfaser erzeugt sein. Selbstverständlich würden Betrachtungen der Festigkeit wichtig sein, wenn solche Materialien verwendet werden, insbesondere unter Betrachtung der hohen Kräfte, die in einem Metall-Walzspalt involviert sind, sowie der üblicherweise unvorteilhaften Umgebungsbedingungen.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird nunmehr nur beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen ist:

1 ein schematisches Diagramm zweier konventioneller Walzgerüste, das den selbsterregenden Rückkopplungsmechanismus darstellt, der mit dem Dickenrattern auftritt.

Die 2 und 3 sind schematische Perspektivansichten, die jeweils ein Walzgerüst darstellen, welches eine jeweilige Ausführungsform einer Vibrations-Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet; und

4 eine schematische Endansicht der Eintritts-Walze, die einen alternativen Weg des Anbringens der Vibrations-Steuerungselemente zeigt.

Unter Bezugnahme auf 2 wird ersichtlich, dass ein metallisches Bandmaterial 2 zwischen den Arbeitswalzen 10 über eine stromaufwärtige Eintrittswalze 4 zum Walzspalt 3 geführt wird. Die Eintrittswalze lagert gegen das sich bewegende Bandmaterial 2 und bewegt sich oder zumindest versucht sich hiermit zu bewegen.

An der Eintrittswalze 4 ist eine Vibrations-Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst, wobei diese ein Stabilitätselement in der Form einer nachgiebigen Welle 6, sowie ein Trägheitselement in der Form eines Schwungrads 7 ausbildet. Das Schwungrad 7 ist über die Welle 6 auf eine solche Weise mechanisch mit der Eintrittswalze 4 verbunden, dass dann, wenn die biegsame Welle vollständig starr wäre, das Schwungrad sich mit der Eintrittswalze 4 drehen würde und ohne jede Phasenveränderung und ohne jede Variation der Rotationsgeschwindigkeit der Eintrittswalze 4 der Eintrittswalze 4 folgen würde. Jedoch ist die Welle 6 nicht vollständig starr, und vorausgesetzt dass sie es wäre, würde die Vibrationssteuerung ineffektiv sein. Vielmehr bilden die Welle 6 und das Schwungrad 7 zusammen ein abstimmbares mechanisches System, welches in der Lage ist, die Walzvibrationen zu unterdrücken oder zumindest deutlich zu reduzieren.

Wie bereits in einiger Tiefe diskutiert, sind diese Variationen der Drehgeschwindigkeit der Eintrittswalze 4 das Ergebnis einer Vibrations-Rückkopplungsschleife, die sich im Walzgerüst aufbaut. Wenn die Dicke des austretenden Bands variiert, ändert sich deswegen die Variation der Eintrittsgeschwindigkeit &Dgr;V2 des Bandmaterials, welches in die Arbeitswalzen 10 eintritt, auf zyklische Weise. Die Veränderung der Geschwindigkeit wird stromaufwärts zur Eintrittswalze 4 übertragen, wo eine übereinstimmende Variation der Geschwindigkeit &Dgr;V1 auftritt. Diese Variation wiederum wird aufgrund des Walzkontakts zwischen dem Bandmaterial 2 und der Eintrittswalze 4 auf die Eintrittswalze 4 selbst übertragen. Je geringer das Massenträgheitsmoment der Eintrittswalze 4 ist, desto perfekter wird die Variation der Geschwindigkeit des Bandmaterials auf die Eintrittswalze 4 übermittelt.

Die Abstimmung der elastischen Walze 6 und des Schwungrads 7 wird durch Variation des Massenträgheitsmoments des Schwungrads und/oder der Elastizität der Welle erzielt. Elemente können zur Veränderung dieser Parameter vorgesehen sein, so dass die Abstimmung an Ort und Stelle durchgeführt werden kann; wahrscheinlicher jedoch werden die Parameter vorab für die jeweilige Maschine eingestellt werden, an der sie eingesetzt werden soll und während ihres Betriebs unverändert verbleiben.

Die Abstimmung wird optimiert, um die Stabilitätsbedingung zu erreichen, dass die Variation der Geschwindigkeit &Dgr;V2 des Bandmaterials 2 am Walzspalt 3 sich in Phase mit und mit gleicher Amplitude zur Variation der Geschwindigkeit &Dgr;V1 des Bandmaterials an der Eintrittswalze 4 bewegt. Unter dieser Bedingung wird keine Belastung aufgrund von Vibration auf den Abschnitt des Bandmaterials, der sich von der Eintrittswalze 4 zum Walzspalt 3 erstreckt, aufgebracht. Tatsächlich kann für Zwecke der mathematischen Analyse das Vibrations-Steuerungssystem als Reihe von Federelementen angesehen werden, die die Eigenschaft einer Steifheit aufweisen und die eine Reihe von Trägheitselementen miteinander verbinden, die die Eigenschaft des Massenträgheitsmoments besitzen. Somit kann die Länge des Bands 2 zwischen dem Walzspalt und der Eintrittswalze 4 vom Walzspalt 3 als Federelement angesehen werden, die Eintrittswalze 4 als Trägheitselement, die nachgiebige Walze 6 als Federelement und das Schwungrad 7 als Trägheitselement.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die nachgiebige Welle 6 der Ausführungsform aus 2 durch einen Riemen- oder Kettenantrieb 5 ersetzt ist. Somit treibt der Riemen 4 eine Riemenscheibe 8 auf einer separaten Schwungrad-Welle 9 an und die Riemenscheibe 8 wiederum treibt das Schwungrad 7 an. Der Riemen 5 wird als die Eintrittswalze 4 durch direkten Eingriff mit der äußeren Oberfläche der Walze antreibend gezeigt; um einen Abrieb der Walze zu verhindern, kann bevorzugt werden, eine separate koaxiale Riemenscheibe (nicht gezeigt) zu verwenden, die drehbar mit der Walze verbunden ist und über die der Riemen 5 hinweg verläuft. Der Riemen wird aus einem geeigneten Material sowie Gummi oder Stahl erzeugt, welches in der Lage ist, dem Riemen die notwendige Steifheit zu verleihen. Die Steifheit des Riemens hängt von dem Elastizitätsmodul des Materials ab, aus dem der Riemen gefertigt ist, sowie dessen physikalischen Eigenschaften, insbesondere dessen Breite, Dicke und freie Länge. Die freie Länge ist derjenige Teil des Riemens, der nicht in Kontakt mit der Riemenscheibe/der Walze steht. Beispielsweise kann ein typischer Riemen aus Stahl mit einem rechtwinkligen Querschnitt von etwa 1 mm Dicke und 75 mm Breite und mit einer vollständigen freien Länge von 1 Meter (diese berechnet sich aus 2 × 500 mm, wobei die letztere die ungefähre Distanz zwischen Rotationsachse der Eintrittswalze 4 und der der Welle 9 ist) erzeugt werden. In bestimmten Umständen kann es möglich sein, einen Zahnriemen zu verwenden, um Schlupf zu vermeiden.

Es wird ersichtlich werden, dass der Riemen- oder Kettenantrieb 5 so agiert, dass er ein Stabilitätselement in der mechanischen Verbindung zwischen der Eintrittswalze 4 und dem Schwungrad 7 aufgrund der elastischen Eigenschaften des Riemens oder der Kette bereitstellt.

Ebenso wie die Variation der Steifheit des Riemens/der Kette selbst kann eine effektive Steifheit zwischen der Eintrittswalze 4 und dem Schwungrad 7 leicht durch Verändern der Anzahl der Riemen erreicht werden – nur einer ist gezeigt, jedoch könnte die Verbindung mittels einer Vielzahl von Riemen oder Ketten bewirkt werden. Ebenso kann das Schwungrad 7, wenn dies notwendig ist, vollständig entkoppelt werden, um somit effektiv die Vibrations-Steuerungsvorrichtung durch einfaches Entkoppeln des Riemens oder der Riemen effektiv zu deaktivieren.

Das effektive Massenträgheitsmoment des Schwungrads kann ebenso durch Variation der Getriebeübersetzung zwischen der Eintrittswalze 4 und dem Schwungrad 7, variiert werden.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung; in 4 ist nur die Eintrittswalze 4 gezeigt, wobei die verbleibenden Komponenten des Walzgerüsts ähnlich der vorab diskutierten Anordnungen sind.

In 4 nimmt die Eintrittswalze 4 die Form eines hohlen Zylinders 20 an, über den das Bandmaterial 2 hinweg verläuft, wobei der Zylinder frei drehbar durch (nicht gezeigte) Elemente befestigt ist, um so in der Lage zu sein, als Folge der Bewegung des Bandmaterials 2 über ihn zu rotieren. Ein innerer zylindrischer Körper 21 ist innerhalb des Zylinders 20 und koaxial hiermit befestigt. Der zylindrische Körper 21 kann, wie gezeigt, ein Vollkörper-Zylinder sein oder kann selbst hohl sein. Eine ringförmige Schicht 22 aus elastischem Material sowie Gummi kann sich zwischen dem Zylinder 20 und dem inneren Körper 21 erstrecken.

Es wird ersichtlich werden, dass in dieser Ausführungsform die Schicht 22 aus elastischem Material sowie der innere Körper 21 als Stabilitätselement bzw. Trägheitselement eines mechanischen Systems agieren, welches abgestimmt werden kann, um eine Vibrationssteuerung zu erzielen. In diesem Fall wird die Abstimmung durch Wahl der Steifheit des elastischen Materials durchgeführt, welches für die Schicht 22 verwendet wird, oder dessen radiale Dicke, oder durch Verändern des Massenträgheitsmoments des inneren Körpers 21. Die elastische Schicht 22 wird als Vollkörper dargestellt, könnte jedoch auf irgendeine Weise perforiert sein, was den Effekt der Reduzierung von dessen Steifheit haben würde.

Ein Vorteil der oben beschriebenen Erfindung ist der, dass sie leicht auf eine existierende Walzstraße ohne notwendige Modifikation der Position oder des Massenträgheitsmoments der Eintrittswalze oder -walzen angebracht werden kann. Zu diesem Zweck kann die Vibrations-Steuerungsvorrichtung zu einer existierenden Eintrittswalze, vorzugsweise derjenigen, die dem Walzspalt am nächsten steht, ohne die Notwendigkeit für extensive Veränderungen hinzugefügt werden. Alternativ kann eine neue Eintrittswalze zusammen mit den Vibrations-Steuerungselementen an ein neues oder existierendes Walzgerüst angesetzt werden. Mit einer neuen Installation kann bezüglich der Eintrittswalze genau darauf geachtet werden, dass deren Massenträgheitsmoment so niedrig wie praktikabel gehalten wird. Ebenso kann die neue Eintrittswalze so positioniert werden, dass das Material zwischen ihr selbst und dem Walzspalt im Wesentlichen frei von jeglichen Komponenten sowie Ablenkungs-Walzen oder Farb-Walzen ist, die das Bandmaterial berühren. Dies gewährleistet, dass der vollständige Effekt der Vibrations-Steuerungsvorrichtung erbracht wird.


Anspruch[de]
Walzvorrichtung zum Walzen von Bandmaterial (2), wobei die Vorrichtung einen Satz von Walzen (10, 11) umfasst, zwischen denen das Bandmaterial (2) hindurchgeführt wird, sowie eine Vibrations-Steuervorrichtung, die eine Walze (4) umfasst, die zur Drehung um eine fixierte Achse befestigt und so positioniert ist, dass das Bandmaterial (2) bei einer Position stromaufwärts oder stromabwärts des Satzes von Walzen (10, 11) über diese verläuft, wobei die Vibrations-Steuervorrichtung des Weiteren ein Trägheitselement (7; 21) umfasst, das mechanisch mit der Walze (4) verbunden ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trägheitselement (7; 21) mit der Walze (4) über ein Stabilitätselement (6; 5; 22), das der elastischen Deformation widersteht, verbunden ist. Walzvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Anordnung dergestalt ist, dass wenn das Bandmaterial (2) über die Walze (4) verläuft, ein Eingriff zwischen dem Bandmaterial (2) und der Walze (4) vorliegt, der ausreicht, um den Schlupf zwischen den beiden im Wesentlichen zu eliminieren. Walzvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht, wobei das Stabilitätselement ein drehstarres Element umfasst. Walzvorrichtung wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (6) eine nachgiebige Welle umfasst. Walzvorrichtung wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (6) eine Torsionsfeder umfasst. Walzvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (5) eine flexible Riemenantriebs-Verbindung von der Walze (4) zum Trägheitselement (7) umfasst. Walzvorrichtung wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei der Riemen (5) ein gezahnter Riemen ist. Walzvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (5) eine Kettenantriebs-Verbindung von der Walze (4) zum Trägheitselement (7) umfasst. Walzvorrichtung wie in einem der voranstehenden Ansprüche beansprucht, wobei das Trägheitselement (7) ein Schwungrad umfasst. Walzvorrichtung wie in einem der voranstehenden Ansprüche beansprucht, wobei das Trägheitselement (7) um eine Achse drehbar ist, die koaxial mit der der Walze (4) steht. Walzvorrichtung wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei das Trägheitselement (21) innerhalb der Walze (4) selbst befestigt ist. Walzvorrichtung wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (22) innerhalb des Raums zwischen der Walze (4) und dem Trägheitselement (21) platziert ist. Walzvorrichtung wie in Anspruch 12 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (22) die Form einer ringförmigen Schicht aus elastischem Material ausbildet, die die Walze (4) mit dem Trägheitselement (21) verbindet. Walzvorrichtung wie in Anspruch 12 beansprucht, wobei das Stabilitätselement (22) die Form von Speichen annimmt, die sich zwischen der Walze (4) und dem Trägheitselement (21) erstrecken. Walzvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 beansprucht, wobei das Trägheitselement (7) um eine Achse drehbar ist, die nicht koaxial zu der der Walze steht. Walzvorrichtung wie in einem der voranstehenden Ansprüche beansprucht, wobei das Trägheitsmoment des Trägheitselements (7; 21) größer als das der Walze (4) ist. Walzvorrichtung wie in einem der voranstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Walze (4) derart positioniert ist, dass das Bandmaterial (2) zwischen der Walze und dem Eintrittsbiss (entry bite) im Wesentlichen frei ist. Walzvorrichtung wie in einem der voranstehenden Ansprüche beansprucht, wobei das kombinierte Trägheitselement (7; 21) und Stabilitätselement (6; 5; 22) auf eine Resonanzbedingung oberhalb der Vibrationsfrequenz, die sie unterdrücken soll, abgestimmt ist. Walzvorrichtung wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei die Resonanzfrequenz des kombinierten Trägheitselements (7; 21) und Stabilitätselements (6; 5; 22) zwischen 10 und 40% höher als die Vibrationsfrequenz, die unterdrückt werden soll, ist. Verfahren zum Beschränken der Vibration in einem Walzwerk, umfassend einen Satz von Walzen (10, 11), zwischen denen ein Bandmaterial (2) hindurchgeführt wird, wobei das Verfahren das Führen des Bandmaterials über eine Walze (4), die zur Rotation um eine fixierte Achse befestigt ist und stromaufwärts oder stromabwärts des Satzes von Walzen (10, 11) positioniert ist, umfasst, wobei die Walze (4) mechanisch mit einer Vibrations-Steuervorrichtung verbunden ist, die ein Trägheitselement (7; 21) umfasst, das über ein Stabilitätselement (6; 5; 22), welches der elastischen Deformation widersteht, verbunden ist, sowie das Abstimmen der Vibrations-Steuerungsvorrichtung, um die Vibration durch Einstellen der Steifheit des Stabilitätselements (6; 5; 22) und/oder des Trägheitsmoments des Trägheitselements (7; 21) zu dämpfen, umfasst. Verfahren wie in Anspruch 21 beansprucht, wobei dann, wenn das Bandmaterial (2) über die Walze (4) hinwegläuft, es mit der Walze (4) so in Eingriff steht, dass Vibrationen der Geschwindigkeit zwischen den zweien übertragen werden. Verfahren wie in einem der Ansprüche 21 oder 22 beansprucht, wobei das Abstimmen auf eine Stabilitätsbedingung hin variiert wird, bei der die Variationen &Dgr;V2 der Geschwindigkeit des Bandmaterials (2) am Walzstich in Phase mit und mit gleicher Amplitude zu korrespondierenden Variationen &Dgr;V1 des Bandmaterials (2), bei der das Bandmaterial (2) über die Walze (4) hinwegläuft, variiert wird. Verfahren wie in Anspruch 23 beansprucht, wobei das Abstimmen so optimiert wird, dass die Stabilitätsbedingung erreicht wird. Verfahren wie in einem der Ansprüche 19 bis 22 beansprucht, wobei das Trägheitselement (7; 21) und das Stabilitätselement (6; 5; 22) auf eine kombinierte Resonanzbedingung oberhalb der Vibrationsfrequenz, die unterdrückt werden soll, abgestimmt wird.






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