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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit mindestens einer Spritzdüse zum Spritzen von mindestens einem Kühlmedium auf ein Gießprodukt in einer hüttentechnischen Anlage.
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Stranggießanlagen sind mit einer Einrichtung zur Sekundärkühlung für das Gießprodukt ausgestattet. Die Sekundärkühlung in der Strangführung erfolgt mittels dazu vorgesehener Spritzdüsen, welche entweder als Einstoff-Spritzdüsen zum Kühlen mittels Wasser oder als Zweistoff-Kühldüsen zum Kühlen mit typischerweise Wasser und Luft ausgebildet sein können. Die Anzahl und die Position der Spritzdüsen sind abhängig von der Anzahl der Spritzzonen und der Breite des mit dem Kühlmedium abzudeckenden Bereiches des Gießstrangs. Es wird in der Regel sowohl die Strangoberseite als auch die Strangunterseite mit dem Kühlmedium besprüht. Dabei wird eine gleichmäßige und vollflächige Spritzdichteverteilung des aufgesprühten Kühlmediums auf der Strangoberseite und/oder der Strangunterseite angestrebt.
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Während der Gießprozesse unterliegen die Spritzdüsen einem Verschleiß, einer mechanischen Verstellung bezüglich der Ausrichtung der Spritzdüsen und/oder einer Verstopfung. Die gleichmäßige und vollflächige Spritzdichteverteilung des aufgesprühten Kühlmediums auf der Strangoberfläche ist dann nicht mehr gewährleistet.
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Eine Verstopfung bzw. eine ungenaue Ausrichtung der Spritzdüse führt zu einer verminderten Kühlleistung und somit zu einer Qualitätsbeeinflussung des Produktes. Dies führt u. a. zu beschädigten Rollenoberflächen und/oder zu beschädigten Rollenlagern. Weiterhin werden Fehler auf der Stranghaut auf der Oberfläche bzw. der Unterseite des Strangs oder später nach dem Erkalten auf dem Produkt erzeugt. Bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten können ebenfalls Verstopfungen bzw. eine Verstellung der Spritzdüsen aus ihrer Ausrichtrichtung auftreten. Die Spritzdüsen mussten in solchen Fällen bisher durch mühsame Einzelprüfungen auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüft werden.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 2 459 336 B1 ist eine Vorrichtung zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße bekannt. In der Strangführung der Stranggießanlage sind zwischen den Strangführungsrollen typischerweise Spritzdüsen angeordnet, um einen Gießstrang mit dem Kühlmedium zu beaufschlagen. Analog sind in einer Walzstraße die Sprühdüsen in der Regel an oder zwischen einzelnen Walzgerüsten angeordnet. Die Vorrichtung zu Detektion der Druckverteilung des Kühlmediums weist im Wesentlichen die Abmessungen des Gießstrangs in Bezug auf die Breitenrichtung auf. Sie umfasst eine Druckmessfolie, die an der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet ist zum Detektieren der Druckverteilung des Kühlmediums, wenn die Vorrichtung anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt ist.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2012/110531 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung einer Kühldüse in einer Stranggießanlage. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung ein Laufglied zum Durchlaufen der Stranggießanlage und ein an dem Laufglied angeordnetes Sensorglied, welches ausgebildet ist, eine Eigenschaft der Kühldüse messtechnisch zu erfassen. Konkret ist das Sensorglied in Form eines optoelektronischen Sensors, insbesondere einer Videokamera ausgebildet zum visuellen Inspizieren der Kühldüsen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Vorrichtung und eine alternative Kaltstrangeinrichtung zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer Spritzdüse bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung in Form eines Schallwandlers ausgebildet ist zum Erfassen einer Schalldruckwelle, welche von dem mindestens einen Kühlmedium nach Austritt aus der Spritzdüse generiert wird, und zum Umwandeln der Schalldruckwelle in das elektronische Messsignal.
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Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich vorteilhafterweise Verschleiß und Abnutzung an den Spritzdüsen automatisiert frühzeitig erkennen und somit Qualitätseinbußen am Produkt verhindern.
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Bei den Gießprodukten handelt es sich typischerweise um Gießstränge oder Brammen aus Metall, insbesondere Stahl, mit Formatdicken zwischen 40 mm und 600 mm und mit Formatbreiten zwischen 600 mm und 4.000 mm.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Erfindung einen Resonanzkörper auf zum Empfangen und Weiterleiten der Schalldruckwelle an den Schallwandler, welcher in oder an dem Resonanzkörper montiert ist. Der Resonanzkörper weist eine Eigenfrequenz auf. Das Vorsehen des Resonanzkörpers dient zum Schutz des empfindlichen Schallwandlers. Zumindest eine Seite des Resonanzkörpers ist ausgebildet, unmittelbar dem aufgespritzten Kühlmedium ausgesetzt zu sein. Durch das Auftreffen des gespritzten Kühlmediums auf die Oberfläche des Resonanzkörpers erzeugt dieser in seinem Innern eine Schalldruckwelle, welche an den Schallwandler weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Schallwandler unmittelbar dem gespritzten Kühlmedium ausgesetzt wird, wodurch er eventuell zerstört werden würde.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet zum Feststellen einer mangelnden Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse in Form einer Verstopfung derselben, wenn die Amplitude des Frequenzspektrums des Messsignals im Bereich der Eigenfrequenz des Resonanzkörpers einen vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert unterschreitet. Umgekehrt kann festgestellt werden, dass keine Verstopfung der Spritzdüse vorliegt, wenn der Amplituden-Schwellenwert überschritten wird.
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Der Schallwandler kann aus einer Vielzahl von über eine Fläche verteilt angeordneten Schallwandlerelementen gebildet sein zum Erfassen einer Verteilung des Schalldrucks über der Fläche. Die Auswerteeinrichtung ist dann ausgebildet zum Feststellen einer mangelnden Funktionstüchtigkeit in Form einer nicht ordnungsgemäßen Ausrichtung der Spritzdüse, wenn die Auswertung der Frequenzspektren der Messsignale der Vielzahl der einzelnen Schallwandlerelemente bei Vergleich mit individuellen Amplituden-Referenzwerten für die einzelnen Messsignale eine unsymmetrische oder außermittige Verteilung des Schalldrucks über der Fläche ergibt.
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Die Auswerteeinrichtung kann weiterhin ausgebildet sein zum Auswerten des elektronischen Messsignals, wenn dieses den Schalldruck des mindestens einen Kühlmediums nach Austritt aus der Spritzdüse repräsentiert, egal ob diese als Einstoff-Spritzdüse oder als Mehrstoff-Spritzdüse, insbesondere als Zweistoff-Spritzdüse, ausgebildet ist. Diese Ausbildung der Auswerteeinrichtung macht die Verwendung der Vorrichtung vorteilhafterweise unabhängig von der Art der verwendeten Spritzdüse.
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Das Vorsehen eines geeigneten Filters zwischen dem Schallwandler und der Auswerteeinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise ein Herausfiltern von unerwünschten Spektralanteilen aus dem Messsignal außerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches Δf um die Eigenfrequenz des Resonanzkörpers. Auf diese Weise können insbesondere Störanteile aus dem elektronischen Messsignal herausgefiltert werden, welche im Hinblick auf die Beurteilung der Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse nicht aussagekräftig sind.
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Das Vorsehen einer Schnittstelle zum drahtlosen Übertragen des Messsignals an die Auswerteeinrichtung erspart das Vorsehen einer unhandlichen Kabelverbindung zwischen dem Schallwandler bzw. dem Filter und der Auswerteeinrichtung, die eventuell auch weit entfernt von dem Schallwandler bzw. dem Filter angeordnet sein kann.
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Eine Ausbildung der Vorrichtung entsprechend der Breite des in der Gießanlage oder Walzanlage zu bearbeitenden Gießproduktes ermöglicht vorteilhafterweise die Ermittlung und Überprüfung einer Spritzdichteverteilung einer Mehrzahl von Spritzdüsen, die typischerweise beispielsweise in einem Spritzbalken quer zur Transportrichtung des Gießproduktes angeordnet sind.
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Das Vorsehen einer eigenen elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie oder eines Akkumulators für die Vorrichtung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung als eigenständiges autarkes mobiles Messsystem zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse(n).
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Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Kaltstrangeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst. Die Kaltstrangeinrichtung dient zum Durchfahren der Strangführung einer Gießmaschine zu Beginn eines Gießprozesses, wenn der Kaltstrang aus der Kokille ausgezogen werden muss oder zur Überprüfung der Strangführungsrollen und/oder der Spritzdüsen innerhalb einer Strangführung einer Gießmaschine. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise lösbar in die Kaltstrangeinrichtung integriert oder vorzugsweise lösbar an deren Kopf montiert. Die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommenen Messsignale können während der Messungen bzw. während der Durchfahrt durch die Strangführung in einem Speicher der erfindungsgemäßen Vorrichtung gespeichert werden oder sie können sofort an der Auswerteeinrichtung übertragen werden. Eine Messfahrt zur Überprüfung der Eigenschaften der Spritzdüsen kann mit jeder Kaltstrangfahrt vor Beginn des Stranggießprozesses oder auch unabhängig von einer Kaltstrangfahrt zu jeder Zeit in den Gießpausen durchgeführt werden. Nach Beendigung der Messfahrt können die Daten dann per Kabel oder kabellos an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Während der Messfahrt werden die Daten vorzugsweise kabellos an die Auswerteeinrichtung übertragen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Kaltstrangeinrichtung eine Rollenprüfeinrichtung auf zum Überprüfen der Zustände der Strangführungsrollen in der Strangführung. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Rollenprüfeinrichtung integriert und nutzt insbesondere auch deren ohnehin vorhandene Energieversorgung. Die Energieversorgung der Rollenprüfeinrichtung kann auch dann genutzt werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung an anderer Stelle in den Kaltstrang integriert oder an dessen Kopf montiert ist. Ebenso kann auch die bei der Rollenprüfeinrichtung ohnehin vorhandene Schnittstelle verwendet werden zum drahtlosen Übertragen des Messsignals der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die Auswerteeinrichtung.
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Schließlich kann bei der Kaltstrangeinrichtung eine Ortungseinrichtung vorgesehen sein zum Erfassen der aktuellen Position des Schallwandlers innerhalb der Strangführung. Die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung weist dann einen Lageplan der Spritzdüsen innerhalb der Strangführung auf und die Auswerteeinrichtung ist dann ausgebildet durch Vergleich der aktuellen Position des Schallwandlers mit dem Lageplan der Spritzdüsen bei der Auswertung der Messsignale auf die mangelnde Funktionstüchtigkeit von konkreten der Spritzdüsen zurückzuschließen.
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Der Beschreibung sind insgesamt fünf Figuren beigefügt, wobei
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1 die erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 ein Beispiel für die Signalauswertung durch die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung;
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3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Gießmaschine mit einer Kaltstrangeinrichtung;
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4 einen Kaltstrang mit einer Rollenprüfeinrichtung und integrierter erfindungsgemäßer Vorrichtung; und
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5 einen Querschnitt durch eine Strangführung mit darin befindlicher Kaltstrangeinrichtung
zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit mindestens einer Spritzdüse 200. Die Vorrichtung 100 umfasst einen hohlen Resonanzkörper 130, von dem zumindest eine Seite ausgebildet ist zur unmittelbaren Einwirkung des darauf gespritzten Kühlmediums. In oder an dem Resonanzkörper 130 ist eine Sensoreirichtung 110 in Form eines Schallwandlers angeordnet zum Erfassen einer Schalldruckwelle, welche bei Austritt des mindestens einen Kühlmediums aus der Spritzdüse und durch das Auftreffen des mindestens einen Kühlmediums auf dem Resonanzkörper 130 entsteht. Der Signalwandler 110 ist ausgebildet zum Umwandeln der Schalldruckwelle in ein elektronisches Messsignal. Die Auswerteeinrichtung 120 dient zum Auswerten des elektronischen Messsignals im Hinblick auf die Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse 200. Die Vorrichtung 100 verfügt darüber hinaus über eine eigene elektrische Energiequelle 150, typischerweise eine Batterie oder einen Akkumulator zum Versorgen von insbesondere dem Schallwandler, des Filters 140 und der Auswerteeinrichtung 120 mit elektrischer Energie, soweit erforderlich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 kann darüber hinaus eine Schnittstelle 160 aufweisen zum drahtlosen Übertragen des Messsignals an die Auswerteeinrichtung 120; falls erforderlich wird die Schnittstelle 160 ebenfalls mit elektrischer Energie aus der Energiequelle 150 versorgt.
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In der Strangführung einer Gießmaschine oder in einer Walzstraße sind typischerweise jeweils eine Mehrzahl von Spritzdüsen quer zur Gießrichtung angeordnet. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in ihrer Breite B an die Breite der jeweiligen Strangführung oder Walzstraße oder an die Breite des jeweils zu bearbeitenden Gießproduktes angepasst oder anpassbar ist. Dies ermöglicht dann die Ermittlung von Spritzdichteverteilungen über die jeweils gesamte Breite der Anlage oder des Gießproduktes.
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2 veranschaulicht auf einfache Weise die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung. Konkret symbolisiert 2 schematisch und beispielhaft das Frequenzspektrum eines von dem Schallwandler 110 generierten Messsignals, welches die aufgenommene Schalldruckwelle repräsentiert. Es ist zu erkennen, dass das Frequenzspektrum im Bereich der Eigenfrequenz fres des Resonanzkörpers 130 eine singuläre Verstärkung aufweist. Diese Eigenschaft des Frequenzspektrums nutzt die Auswerteeinrichtung aus und stellt die Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse fest, wenn die Amplitude des Frequenzspektrums des Messsignals im Bereich der Eigenfrequenz fres des Resonanzkörpers 130 einen vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert SSW überschreitet. Umgekehrt stellt die Auswerteeinrichtung eine mangelnde Funktionstüchtigkeit der Spritzdüse, insbesondere deren Verstopfung, fest, wenn die Amplitude des Frequenzspektrums im Bereich der Eigenfrequenz des Resonanzkörpers den vorgegebenen Amplituden-Schwellenwert unterschreitet.
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3 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Gießmaschine 500 im Querschnitt. Konkret umfasst die Gießmaschine eine Kokille 520 und eine sich an die Kokille 520 anschließende Strangführung 540 zum Umlenken eines in der Kokille erzeugten Gießstrangs aus der Vertikalen in die Horizontale. In die Strangführung kann eine Kaltstrangeinrichtung 400 eingeführt sein. Die Kaltstrangeinrichtung dient typischerweise zum Herausziehen eines Kaltstrangs mit angeschlossenem Warmstrang aus der Kokille 520 zu Beginn eines Gießprozesses. Die Kaltstrangeinrichtung 400 wird traditionell jedoch auch verwandt, um, ausgestattet mit einer Rollenprüfeinrichtung, beim Durchfahren der Strangführung 540 in Gießpausen die Zustände der Strangführungsrollen 560 zu überprüfen.
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4 zeigt ein Beispiel für eine Kaltstrangeinrichtung. Zu erkennen ist, dass die Kaltstrangeinrichtung 400 einen Kopf 420 und an diesem angeschlossen eine Mehrzahl von gelenkigen Gliedern 440 aufweist. Die gelenkige Verbindung der einzelnen Glieder der Kaltstrangeinrichtung ist erforderlich, damit der Kaltstrang in der gekrümmten Strangführung 540 verfahren werden kann. Eines der Glieder der Kaltstrangeinrichtung kann ausgebildet sein zur Aufnahme der besagten Rollenprüfeinrichtung 430 zum Überprüfen der Zustände der Strangführungsrollen 560 in der Strangführung 540. Eine solche bekannte Rollenprüfeinrichtung verfügt in der Regel auch über eine eigene elektrische Energiequelle und/oder über eine eigene Schnittstelle zum kabellosen Übertragen von Messsignalen der Rollenprüfeinrichtung an eine zugeordnete Rollenzustands-Auswerteeinrichtung; in 4 nicht gezeigt.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Spritzdüsen entweder an den Kopf 420 der Kaltstrangeinrichtung 400 zu montieren oder in das Kaltstrangglied, welches die Rollenprüfeinrichtung 430 aufweist oder direkt in die Rollenprüfeinrichtung 430 zu integrieren.
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5 veranschaulicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 bei Integration in die Kaltstrangeinrichtung 400, wenn diese eine Strangführung 540 durchläuft. Konkret sind die Strangführungsrollen 560 zu erkennen, zwischen denen die Kaltstrangeinrichtung 400 mit der darin integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 geführt ist. Es ist weiterhin zu erkennen, dass die Spritzdüsen 200 angeordnet sind zum Spritzen des Kühlmediums zwischen den Strangführungsrollen 560 auf die Kaltstrangeinrichtung 400. Während des normalen Gießbetriebs wird auf diese Weise das Gießprodukt, insbesondere der in der Regel noch nicht durcherstarrte Gießstrang durch das aufgespritzte Kühlmedium 300 gekühlt. Wie in 5 zu erkennen ist, wirkt das aufgespritzte Kühlwasser auch konkret auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Resonanzkörpers 130 ein, wodurch, wie zuvor beschrieben, eine Schalldruckwelle generiert wird, welche an den Schallwandler weitergeleitet und von diesem in das elektronische Messsignal umgewandelt wird. In 5 ist außerdem zu erkennen, dass die Kaltstrangeinrichtung 400 vorzugsweise eine erste erfindungsgemäße Voreinrichtung 100 an ihrer Oberseite zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der oberen Spritzdüsen und eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 100 an ihrer Unterseite aufweist zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit der Spritzdüsen, welche auf die Unterseite der Kaltstrangeinrichtung 400 bzw. des Gießproduktes einwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Sensoreinrichtung/Schallwandler
- 120
- Auswerteeinrichtung
- 130
- Resonanzkörper
- 140
- Filter
- 150
- Energiequelle
- 160
- Schnittstelle
- 200
- Spritzdüse
- 300
- Kühlmedium
- 400
- Kaltstrangeinrichtung
- 420
- Kopf
- 430
- Rollenprüfeinrichtung
- 440
- gelenkige Glieder
- 500
- Gießmaschine
- 520
- Kokille
- 540
- Strangführung
- 560
- Strangführungsrollen
- B
- Breite der Vorrichtung
- SSW
- Amplituden-Schwellenwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2459336 B1 [0005]
- WO 2012/110531 A1 [0006]
