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Die
Erfindung betrifft eine innengekühlte
Stütz-
und/oder Transportrolle einer Stranggießanlage, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Innengekühlte Rollen
zum Stützen
und/oder Transportieren von heißen
Metallkörpern,
insbesondere von in kontinuierlichen Gießverfahren erzeugten Stahlsträngen, sind
bekannt.
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Die
DE 22 37 646 A1 zeigt
als Beispiel eine innengekühlte
Stütz-
und/oder Transportrolle für
Stranggießanlagen.
Sie besteht aus einem Kern und einem den Kern umgebenden Mantel,
wobei zwischen Mantel und Kern wendelförmige Kühlwasserführungen vorgesehen sind. Der
Mantel ist zu beiden Seiten mit fluiddicht angeschlossenen Lagerzapfen
versehen. Die Kühlkanäle gehen
in radiale Bohrungen über,
die in axial gerichtete Bohrungen in den Lagerzapfen münden. Letztere
dienen der Kühlmittelzufuhr
bzw. -abfuhr.
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Beim
Anpressen der Rolle zum Zweck der Abstützung an den bis zu 1200°C heißen Strang,
wird diese erheblichen mechanischen und thermischen Belastungen
unterworfen.
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Bei
einem älteren
Stand der Technik, wo der Mantel beiderseits im Stirnseitenbereich
mit dem Kern verschweißt
ist, wurden durch unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Mantel
und Kern die Verbindungsstellen vorzeitig zerstört, so dass an diesen Stellen
das Kühlwasser
austrat.
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Im
Unterschied zu diesem älteren
Stand der Technik wird in der
DE 22 37 646 A1 vorgeschlagen, den vom Mantel
umschlossenen Teil des Kerns quer zur Rollenachse im Bereich des
Lagerzapfens einseitig oder beidseitig zu unterteilen. Auf diese
Weise können
sich Wärmedehnungsunterschiede
zwischen Mantel und Kern während
des Betriebes frei ausgleichen.
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Dieser
Vorschlag bringt zwar den gewünschten
Effekt einer Entlastung der Verbindungsstellen zwischen Mantel und
Kern, hat aber den Nachteil, dass der Kühlwasserkanal im Bereich der
Trennstelle des Kerns unterbrochen ist, so dass in diesem Bereich
das Kühlwasser
nicht geführt
ist und aus diesem Grund dieser Bereich unterschiedlich zu den übrigen Bereichen
gekühlt
wird. Das führt
zu Spannungen im Mantel, der sich dadurch unter Umständen verwölben kann.
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Desweiteren
ist der Kern nicht als mittragendes Element der Rolle ausgebildet,
so dass der Mantel die alleinige Belastung aus der Betriebsbeanspruchung
aufnehmen und daher die Wand entsprechend dick dimensioniert sein
muss. Mit zunehmender Wanddicke wird jedoch der Wärmeübergang
zum Kühlwasserkanal erschwert,
was wiederum zu Spannungen im Mantel und dessen möglicher
Verwölbung
führen
kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik wird eine innengekühlte Tragrolle in der
DE 196 52 388 C2 offenbart,
mit der die vorbekannten Nachteile vermieden werden sollen.
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Bei
dieser Rolle wird nicht der Kern, sondern der Mantel quer geteilt,
wobei im Teilungsbereich beide Mantelabschnitte mit dem mittragenden
Kern verdrehfest verbunden sind und im jeweiligen Stirnbereich der Kern
gegenüber
dem Mantel flexibel abgedichtet ist.
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Die
flexible Abdichtung soll eine ungehinderte Wärmeausdehnung zwischen Kern
und Mantel ermöglichen,
um so die im Betrieb entstehenden Spannungen in der Tragrolle abbauen
zu können.
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Bei
dieser Ausführung
ist jedoch von Nachteil, dass der Fertigungsaufwand für den Kern
und das Anschweißen
des zweiteiligen Mantels aufwändig
ist, was die Rolle entsprechend verteuert.
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Aus
der
DE 3228175 A1 ist
eine Rolle zum Stützen
und Führen
des Stranges einer Stranggießanlage bekannt,
die mehrteilig ausgebildet ist und aus einer Rollenachse, Abstandshaltern
und auf der Rollenachse angeordneten Rollenkörpern besteht. Die Rollenkörper sind
an den Enden jeweils mit einem Lager zur Lagerung auf der Rollenachse
versehen. Eine Kühlung
der Stranggießrolle
ist nicht vorgesehen.
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Gelöst werden
soll die Aufgabe, eine Rolle zu schaffen, bei der der Rollendurchmesser
kleiner gewählt werden
kann als bei den bekannten mit Wälzlagern
ausgerüsteten
Rollen, so dass die Achsen benachbarter Rollen enger nebeneinander
gerückt
werden können
und so die ungestützten
Bereiche zwischen den Rollen des Stranges möglichst klein werden. Diese Rolle
ist sehr aufwändig
gestaltet und als eine innengekühlte
Rolle mit einem Kein und einem Mantel nicht verwendbar.
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Gerade
bei der Herstellung größerer Stückzahlen
solcher Rollen, ist es im Hinblick auf niedrige Stückkosten
erforderlich, den Fertigungsaufwand so gering wie möglich zu
halten und bei der Rollenkonstruktion eine große Flexibilität im Hinblick
auf andere herzustellende Rollendurchmesser oder -längen zu
gewährleisten.
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Die
technische Entwicklung der vergangenen Jahrzehnte in der Stranggießtechnik
hat eine Vielzahl von Anfagentypen und damit von unterschiedlichen
Rollentypen mit teilweise nur geringen geometrischen Abweichungen
hervorgebracht, wodurch hohe Fertigungs- und Lagerhaltungskosten
entstanden sind.
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Alle
Rollen haben jedoch die gemeinsame Aufgabe, den Strang zu führen und
zu stützen.
Um diese Aufgabe zu erfüllen,
müssen
die Rollen bestimmte statische und dynamische Funktionen übernehmen.
Außerdem
müssen
die Rollen von innen und bei Bedarf zusätzlich von außen gekühlt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu
beseitigen und eine im Hinblick auf unterschiedliche Kundenanforderungen
kostengünstig
herzustellende Stütz- und/oder Transportrolle
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach
der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe eine innengekühlte Stütz- und/oder Transportrolle
verwendet, bei der die Rolle aus standardisierten Baukastenmodulen,
bestehend aus Lagerzapfen, Mantel und Kern aufgebaut ist. Die Baukastenmodule
sind dafür
in einem Vorzugsmaßraster
als Größenreihe
nach Standardlängen
und -durchmesser sortiert und zusammengestellt.
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Vorteil
der erfindungsgemäßen Tragrolle
ist, dass durch diese Baukastenmodule der Fertigungsaufwand und
die Lagerhaltungskosten deutlich reduziert werden können. Gleichzeitig
wird mit einem solchen standardisierten Baukastensystem die allgemeine
Typenvielfalt durch Kombination von Standardbauteilen stark eingeschränkt.
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Erfindungsgemäß sind als
standardisierte Baukastenmodule ausgeführt:
- – Lagerzapfen
links und/oder rechts mit oder ohne Kühlwasseranschluss,
- – Mantel,
- – Kern
massiv oder als Hülse
mit Kühlwasserführung,
- – funktionsabhängige Ausrüstung (z.
B. Strangführungsringe).
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Die
Module sind in einem Vorzugsmaßraster
als Größenreihe
sortiert und zusammengestellt. Das Größenraster kann eindimensional
(z. B. nur bezogen auf den Durchmesser) oder zweidimensional (z.
B. bezogen auf den Durchmesser und die Baulänge) ausgelegt sein.
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Bei
bestimmten Modulen ist es außerdem
zusätzlich
möglich über eine
eingeschränkte
Zweidimensionalität
so genannte Standardlängen
zu erzeugen, deren Längenverteilung
vorzugsweise statistisch ermittelt wird und die erst im konkreten
Anwendungsfall auf das geforderte Maß zugeschnitten werden.
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Gleichzeitig
können
auch funktionsabhängige
Ausrüstungen,
wie z. B. Führungsringe,
auf den Tragrollen bei Rundstrangguss oder der Kühlwasseranschluss am Lagerzapfen
für die
Wasserversorgung standardisiert werden, um die Herstellkosten weiter
zu senken.
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Mit
dieser modulären
Bauweise kann auf sehr einfache und kostengünstige Weise, den jeweiligen Kundenwünschen entsprechend,
die Tragrolle hergestellt und die erheblichen Kosten die durch den
Ersatzbedarf dieser Rollen in Stranggießanlagen verursacht werden,
deutlich gesenkt werden.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil liegt auch bei der Konzipierung neuer
Stranggießanlagen,
da schon bei der Planung des Lay-Outs standardisierte Tragrollen
eingeplant werden können,
was die Investitionskosten deutlich reduziert.
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Vorteilhaft
bei der erfindungsgemäßen Rolle
ist außerdem,
dass nunmehr ein einteiliger Mantel verwendet wird, der einen darin
angeordneten, eine axiale Verschiebung zulassenden und die Betriebsbeanspruchung
mitragenden Kern umgibt.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung weist mindestens
ein Lagerzapfen einen zum Kern sich erstreckenden Führungszapfen
auf, der mit geringem Spiel in eine Ausnehmung des Kerns hineinragt,
wobei die axiale Erstreckung des Führungszapfens geringer ist
als die der Ausnehmung des Kerns. Alternativ kann der Kern jedoch
auch als Hülse
ausgebildet sein.
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Durch
die ein- oder beidseitige Lagerung des Kerns auf dem Führungszapfen
des Lagerzapfens ist auf einfache und kostengünstige Weise der Kern als mittragendes
Element ausgebildet, ohne dass die freie axiale Ausdehnbarkeit zwischen
Mantel und Kern eingeschränkt
wird.
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Hierdurch
kann einerseits der Rollenmantel wesentlich dünner ausgebildet werden, als
es bei einem geteilten Kern nach dem Stand der Technik erforderlich
wäre, woraus
deutlich verbesserte Kühlbedingungen resultieren.
Gleichzeitig wird der Fertigungsaufwand reduziert, da nur noch ein
einteiliger Mantel verwendet wird.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten Figuren.
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Es
zeigen:
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1a Schnittzeichnung
einer erfindungsgemäßen Rolle
mit massivem Kern ohne Betriebsbeanspruchung,
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1b wie 1a,
jedoch unter Betriebsbeanspruchung mit Ausgleich der Wärmedehnungsdifferenz,
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2a wie 1a,
jedoch mit einem als Hülse
ausgebildeten Kern,
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2b wie 2a,
jedoch unter Betriebsbeanspruchung mit Ausgleich der Wärmedehnungsdifferenz.
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1a zeigt
die Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen, modular aufgebauten Stütz- und/oder Transportrolle
mit massivem Kern, im Ausgangszustand ohne Einwirkung einer Betriebsbeanspruchung.
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Die
Stütz-
und/oder Transportrolle 1 besteht aus den standardisierten
Modulen Kern 2, Mantel 5, sowie einem am linksseitigen
Ende fest mit dem Kern verbundenen und am Mantel 5 fluiddicht
angeschlossene Lagerzapfen 3' und
einem am rechtsseitigen Ende nur mit dem Mantel 5 fluiddicht
verbundenen Lagerzapfen 3.
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Bei
der hier dargestellten Rolle 1 für Rundstrangguss sind am Außenumfang
der Rolle 7 zusätzlich standardisierte
Führungsringe 8 zur
Führung
eines Stranges oder mehrerer Stränge
auf der Rolle 1 angeordnet. Die notwendige fluiddichte
Verbindung zwischen Lagerzapfen 3, 3' mit dem Mantel 5 wird über Schweißnähte hergestellt.
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Zur
Realisierung der relativen axialen Verschiebbarkeit zwischen Kern 2 und
Mantel 5 weist der Lagerzapfen 3 einen zum Kern 2 sich
erstreckenden Führungszapfen 4 auf,
der mit geringem Spiel in eine Ausnehmung 7 des Kerns 2 hineinragt.
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Zur
Gewährleistung
der Montierbarkeit ist die axiale Erstreckung des Führungszapfens 4 geringer
als die der Ausnehmung 7 des Kerns 2.
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Der
Kern 2 weist am Außenumfang
einen wendelförmig
verlaufenden Kühlkanal 6 auf,
der in hier nicht dargestellte radiale Bohrungen übergeht
und in axial gerichtete Bohrungen in den Lagerzapfen münden. Letztere
dienen der Kühlmittelzufuhr-
bzw. -abfuhr, wobei die Kühlmittelzuführung und
-abführung
ebenfalls über standardisierte
Anschlüsse
entweder einseitig nur über
einen Lagerzapfen 3 oder 3' oder über beide Lagerzapfen 3 und 3' erfolgt.
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Im
hier dargestellten Ausgangs- (Montagezustand) der Rolle 1,
d. h. ohne Betriebsbeanspruchungen, zeigt der mit „A" markierte Ausschnitt,
dass die Stirnfläche
des ausnehmungsseitigen Endes der Rolle 1 nahezu an einem
den Führungszapfen 4 bildenden
Absatz des Lagerzapfens 3 anliegt.
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1b zeigt
die Rolle 1 gemäß 1a unter
Betriebsbeanspruchung, d. h. insbesondere unter Wärmeeinwirkung.
In dem wiederum mit „A" markierten Ausschnitt
ist deutlich die axiale Relativverschiebung durch unterschiedliche
Wärmedehnung
zwischen Mantel 5 und Kern 2 zu erkennen, die
aus dem unterschiedlichen Wärmeeintrag
in den Mantel 5 bzw. in den Kern 2 resultiert.
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In 2a ist
als Ausführungsvariante
der Kern 2 nicht mehr massiv, sondern als Hülse ausgebildet. Der
Aufbau der Rolle 1' ist
mit derjenigen aus 1 identisch, jedoch
werden zur Lagerung der Rolle 1' nunmehr zwei Lagerzapfen 3 mit
sich in den Kern 2 erstreckenden Führungszapfen 4 verwendet.
Hierdurch wird ein beidseitiges Loslager mit im Mantel 5 verschiebbarem
Kern 2 realisiert, so dass eine freie Ausdehnungsmöglichkeit
des Mantels 5 relativ zum Kern 2 ermöglicht wird.
Die Lagerzapfen 3 sind jeweils endseitig am Mantel 5 durch
Schweißnähte fluiddicht
angeschlossen.
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Die
Rolle 1' hat
gegenüber
der Rolle 1 im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 den Vorteil, dass durch den hülsenartigen
Kern 2 die Rolle 1' wesentlich
leichter wird und damit Materialkosten eingespart werden. Berücksichtigt
werden muss hierbei jedoch, dass die Tragfähigkeit der Rolle 1' entsprechend
abnimmt.
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2b zeigt
entsprechend der Darstellung in 1b die
axiale Relativverschiebung zwischen Mantel 5 und Kern 2 unter
Wärmeeinwirkung
während
des Betriebes der Rolle 1'.
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