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Erfindung betrifft eine Kokillenplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Gewindeeinsatz zum Einschrauben in eine Gewindeaufnahme der Kokillenplatte und eine entsprechende Kokillenplattenanordnung mit einem solchen Gewindeeinsatz.
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Stranggießen ist ein kontinuierliches Gießverfahren zum Herstellen von Halbzeugen aus Eisen- und Nichteisenlegierungen. Beim Stranggießen wird das Metall durch eine gekühlte bodenlose Kokille gegossen und mit erstarrter Schale nach unten abgezogen. Plattenkokillen umfassen einzelne Kokillenplatten, die in einem Rahmen gehalten sind. Kokillenplatten besitzen auf ihrer Rückseite Kühlkanäle und eine Vielzahl von Gewindeaufnahmen, um die Kokillenplatte mit einer Stützplatte oder mit einem Wasserkasten zu verbinden. Zur Demontage wird die Verschraubung der Kokillenplatten gelöst. Da die Kokillenplatten für eine hinreichende Formgenauigkeit über eine Vielzahl von Befestigungsstellen mit der Stützplatte verbunden sein müssen, können sich je Kokillenplatte mehr als 200 Verschraubungen ergeben. Da Kokillenplatten aufgrund höherer thermischer Leitfähigkeit in der Regel aus einem Kupferwerkstoff hergestellt werden, können über die rückseitige Verschraubung nur begrenzt Zugkräfte in die Kokillenplatten eingebracht werden. Um die Belastbarkeit der Schraubverbindungen zu erhöhen, werden in rückseitige Gewindeaufnahmen der Kokillenplatten Gewindeeinsätze eingesetzt. Die Gewindeeinsätze werden mit den entsprechenden vorgefertigten Gewindeaufnahmen verklebt, sodass sich die Gewindeeinsätze beim späteren Lösen der Verschraubung nicht mitdrehen.
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Aufgrund der sehr hohen thermischen Belastung kann es vorkommen, dass sich die eingeklebten Gewindeeinsätze bei der Demontage lösen und zusammen mit den Schraubbolzen herausgedreht werden. Teilweise muss daher das komplette Verschraubungssystem verworfen und ersetzt werden. Die Gewindeeinsätze und die Schraubbolzen sind nicht wieder verwertbar. Die Verbindungselemente bestehen aus hochfesten Werkstoffen und sind ein nicht unerheblicher Kostenfaktor. Zudem wird durch das Herausdrehen der Gewindeeinsätze die Demontage und erneute Montage verzögert.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kokillenplatten aufzuzeigen, bei denen das Risiko, dass sich die Gewindeeinsätze lösen, reduziert ist.
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Ferner sollen Gewindeeinsätze aufgezeigt werden, die geeignet sind, auch beim Demontieren der Stützplatte bzw. des Wasserkastens sicher in der Kokillenplatte zu verbleiben.
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Schließlich soll mit der Erfindung eine Kokillenplattenanordnung aufgezeigt werden, welche die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile überwindet.
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Ein Kokillenplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 löst den ersten Teil der Aufgabe. Die erfindungsgemäße Kokillenplatte weist in ihrer Rückseite mehrere Gewindeaufnahmen mit einem Innengewinde auf. Dieses Innengewinde dient zur Aufnahme eines Gewindeeinsatzes. Allerdings ist das Innengewinde der erfindungsgemäßen Kokillenplatte ein Linksgewinde und keine Rechtsgewinde.
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Das Linksgewinde ermöglicht es, Gewindeeinsätze mit Linksgewinde aufzunehmen. Bei der Verwendung von üblichen Schraubbolzen mit rechtsgängigem Gewinde, die in die Gewindeeinsätze eingeschraubt sind, kann der entsprechende Gewindeeinsatz beim Herausdrehen des Schraubbolzens nicht aus der Gewindeaufnahme gedreht werden.
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Ein Gewindeeinsatz gemäß Anspruch 2 besitzt ein Innengewinde mit gegensätzlicher Steigung zu seinem Außengewinde. Das bedeutet, dass beim Montieren der Kokillenplatten die Schraubbolzen mit einer RH-Drehung nach rechts (RH = right hand) eingeschraubt werden können. Zwar wird das Linksgewinde beim Einschrauben der Schraubbolzen in eine RH-Richtung beansprucht, die ein Herausdrehen der Gewindeeinsätze ermöglichen würde, allerdings kann in der Praxis durch entsprechende Handhabung beim Einsetzen der Gewindeeinsätze in die Gewindeaufnahme der Kokillenplatten und durch eine optionale Sicherung, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, zwischen der Kokillenplatte und dem Gewindeeinsatz sichergestellt werden, dass die Gewindeeinsätze sich nicht bei der Montage der Schraubbolzen (RH-Drehung) mitdrehen.
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Die Montage der Gewindeeinsätze in der Kokillenplatte ist bei einem Linksgewinde genauso einfach wie bei einem Rechtsgewinde. Die Vorteile der Erfindung kommen dann zum Tragen, wenn die Kokillenplatte wieder demontiert werden soll, d. h. vom Wasserkasten gelöst werden soll. Beim Demontieren wird ein rechtsgängiger Schraubbolzen gegen den Uhrzeigersinn (LH = left hand) gedreht, d. h. in Steigungsrichtung des Linksgewindes. Der Gewindeeinsatz wird hierbei noch fester gegen die Rückseite der Kokillenplatte gedrückt und kann sich in keinem Fall beim Lösen des Schraubbolzens mitdrehen. Dadurch können die hochwertigen Schraubbolzen in jedem Fall gelöst werden. Zudem wird sichergestellt, dass die Gewindeeinsätze in der Kokillenplatte verbleiben.
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Die Kokillenplatte kann anschließend aufgearbeitet oder der weiteren Verwertung zugeführt werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung besitzt das Innengewinde des Gewindeeinsatzes eine größere Steigung als das Außengewinde. Durch unterschiedliche Steigungen von Innengewinde und Außengewinde lässt sich eine zusätzliche Sicherung bzw. Hemmung des Gewindeeinsatzes gegen Verdrehen in der Kokillenplatte erreichen.
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Die Gewindeeinsätze können komplett in die Rückseite der Kokillenplatten eingebettet sein, so dass sie nicht über die Rückseite vorstehen. Alternativ ragen die Gewindeeinsätze aus der Rückseite heraus. In diesem Fall kann ein Gewindeeinsatz ein längeres Innengewinde als Außengewinde haben. Vorzugsweise ist derjenige Teil der Gewindeeinsätze, der über die Rückseite vorsteht, kürzer als der in die Kokillenplatte ragende Teil mit dem linksgängigen Außengewinde.
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Das Außengewinde ist vorzugsweise ununterbrochen ausgebildet für eine maximale Tragkraft und für eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung der ineinander greifenden Gewindegänge. Das Außengewinde ist kein selbstschneidendes Gewinde, sondern soll in ein entsprechend vorbereitetes Innengewinde eingeschraubt werden. Ein möglichst großflächiger Kontakt ist angestrebt, um hohe Zugkräfte auf die Kokillenplatten übertragen zu können. Hohe Zugkräfte sind wesentlich für die Formstabilität der Kokillenplatten im Betrieb und, um die Dichtheit der Verbindung auch bei hohen Drücken des Kühlmittelsystems zu gewährleisten.
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Die Gewindeeinsätze besitzen für die Montage und auch die Demontage an einem Ende eine Kupplung für ein Eindrehwerkzeug. Eine solche Kupplung besitzt eine spezifische für die erfindungsgemäßen Gewindeeinsätze ausgelegte Geometrie. Bevorzugt weist die Kupplung wenigstens eine stirnseitige Nut auf, wobei sich die Nut über den gesamten Durchmesser des Gewindeeinsatzes erstrecken sollte. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn nur eine einzige stirnseitige Nut vorgesehen ist, sofern die Nut groß genug ist, die benötigten Montage- und Demontagekräfte zu übertragen.
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Der Gewindeeinsatz ist aufgrund seines Innen- und seines Außengewindes in seiner Grundform eine Hülse. Die endseitige Nut kann in einen ein Innengewinde und/oder Außengewinde tragenden Bereich einer solchen Hülse gefräst sein. Je nach Länge des Außengewindes kann die Nut lediglich das Innengewinde durchsetzen oder auch das Innen- und das Außengewinde durchsetzen. Günstiger ist es, wenn das Außengewinde möglichst wenig beeinträchtigt wird.
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Da die Gewindeeinsätze mit einem hinreichenden Drehmoment in die Gewindeaufnahmen eingeschraubt werden müssen, muss die Nut geeignet sein, einen hinreichend breiten Steg eines Eindrehwerkzeugs aufzunehmen. Vorzugsweise liegt die Breite der Nut in einem Bereich von 25-40 % des maximalen Außendurchmessers des Gewindeeinsatzes. Es handelt sich nicht um einen schmalen Schlitz, sondern um eine deutliche Ausnehmung. Eine einzige Nut vorzusehen hat zudem den Vorteil, dass die übrigen an die Nut angrenzenden Bereiche nicht geschwächt werden, im Gegensatz zu z.B. sich kreuzenden, breiten Nuten. Zudem ist eine einzelne Nut kostengünstig herstellbar.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzt der Gewindeeinsatz einen Kopf. Über den Kopf ist das Eindrehwerkzeug gegenüber dem Gewindeeinsatz zentrierbar. Der Kopf kann aus der Rückseite der Kokillenplatte herausragen und wird in einer bevorzugten Ausführungsform nicht in die Kokillenplatte eingeschraubt. Der auch im eingeschraubten Zustand vorstehende Kopf besitzt Außenflächen, die zur Zentrierung des Eindrehwerkzeuges genutzt werden. Das Eindrehwerkzeug kann zu diesem Zweck einen topfförmigen Querschnitt aufweisen. Innerhalb eines topfförmigen Zentrierkragens befindet sich der Steg für den Eingriff in die Nut. Eine Außenzentrierung des Eindrehwerkzeuges vermeidet eine Beschädigung des Innengewindes des Gewindeeinsatzes.
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Der Kopf kann einen größeren Außendurchmesser aufweisen als das Außengewinde des Gewindeeinsatzes. Dadurch kann der Kopf die Einschraubtiefe des Gewindeeinsatzes in die Gewindeaufnahme begrenzen, und die Position des Gewindeeinsatzes in der Gewindeaufnahme exakt festlegen.
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Der Kopf kann einen Endabschnitt aufweisen, in welchem der Außendurchmesser zum Ende des Kopfes hin kleiner wird, d. h. sich insbesondere konisch verjüngt. Ein solcher sich konisch verjüngender Endabschnitt vereinfacht die Zentrierung des Eindrehwerkzeugs und schafft eine Einführschräge für den Zentrierkragen des Eindrehwerkzeuges.
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Unter einer Kokillenplattenanordnung wird eine Kokillenplatte mit wenigstens einer linksgängigen Gewindeaufnahme und wenigstens einem entsprechenden linksgängigen Gewindeeinsatz zum Einschrauben in die Gewindeaufnahmen verstanden. Zusätzlich und insbesondere vorzugsweise kann der Gewindeeinsatz eingeklebt sein.
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Für die Fixierung des Gewindeeinsatzes besitzt der Kopf des Gewindeeinsatzes vorzugsweise einen Bund, der an einer Anlagefläche der Kokillenplatte anliegt und dadurch die Einschraubtiefe des Gewindeeinsatzes begrenzt.
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Der Kopf besitzt eine axiale Länge bzw. Höhe, die größer ist als die Tiefe der Nut des Gewindeeinsatzes, sodass ein Steg eines Eindrehwerkzeuges beim Eingriff mit der Nut nicht mit der Rückseite der Kokillenplatten in Kontakt kommt. Das Eindrehwerkzeug selber kann über einen endseitigen Werkzeugansatz gedreht werden. Der Werkzeugansatz ist insbesondere als Außensechskant ausgeführt. Dadurch können handelsübliche Werkzeuge auf den Außensechskant gesetzt werden.
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Die Kokillenplattenordnung sieht insbesondere vor, dass das linksgängige Außengewinde des Gewindeeinsatzes ein metrisches Gewinde mit der Kennung M16x1,5 LH ist, wobei das rechtshängige Innengewinde des Gewindeeinsatzes ein metrisches Gewinde M12 × 1,75 RH ist.
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Die Erfindung hat den erheblichen Vorteil, dass eine Umrüstung auf Linksgewinde herstellerseitig mit ausgesprochen geringen Kosten möglich ist. Kundenseitig werden hohe Ersatzteilkosten sowie lange Demontagezeiten reduziert. Eine Stranggusskokille kann schneller wieder den Betrieb aufnehmen, wodurch sich nutzerseitig erhebliche Prozesskostenvorteile ergeben können.
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Wichtig für die Betriebssicherheit derartiger Kokillenplatten ist, dass Bauteile aus fehlerfreien Materialien mit ausgezeichneten Qualitätseigenschaften verwendet werden. Es handelt sich um sicherheitsrelevante Bauteile. Insbesondere bestehen die Gewindeeinsätze aus dem Werkstoff X 12 CrMoS 17 (Werkstoff Nr. 1.4104). Das Eindrehwerkzeug kann bevorzugt aus 55NiCrMoV7 (Werkstoff Nr. 1.2714) hergestellt sein. Die Kokillenplatte besteht bevorzugt aus einem Kupferwerkstoff.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Rückseite einer Kokillenplatte mit einer Gewindeaufnahme mit linksgängigem Innengewinde,
- 2 einen Querschnitt durch den Ausschnitt der 1,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Gewindeeinsatzes,
- 4 der Gewindeeinsatz der 3 im Längsschnitt,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Eindrehwerkzeuges,
- 6 eine Seitenansicht des Eindrehwerkzeuges der 5,
- 7 einen Längsschnitt durch das Eindrehwerkzeug der 6 entlang der Schnittlinie A-A und
- 8 eine Stirnansicht auf das Eindrehwerkzeug der 5.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kokillenplatte 1 mit Blickrichtung auf ihre Rückseite 2. Die dem Betrachter abgewandte Unterseite ist die Heißseite, die beim Stranggießen mit der Schmelze oder dem erstarrten Strang in Kontakt kommt. Die Rückseite 2 ist in der Einbaulage mit einer nicht näher dargestellten Stützplatte oder mit einem Wasserkasten aus einem Stahlwerkstoff verschraubt. Die Kokillenplatte 1 besteht aus einem Kupferwerkstoff. Auf der Rückseite 2 der Kokillenplatte 1 befindet sich ein Plateausockel 3, der einen stromlinienförmigen Querschnitt hat, der im Wesentlichen einer Raute entspricht. Die Plateausockel 3 werden seitlich von Kühlwasser umströmt, wie es im Stand der Technik bekannt ist. In einer rückseitigen Plateaufläche 6 des Plateausockels 3 befindet sich zentral eine Gewindeaufnahme 4 mit einem Innengewinde 5, das als Linksgewinde ausgestaltet ist.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt durch die Gewindeaufnahme 4. Die Gewindeaufnahme 4 ist ein Sackloch.
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In die Gewindeaufnahme 4 kann ein Gewindeeinsatz 7 eingeschraubt werden ( 3). Der Gewindeeinsatz 7 besitzt ein zum Linksgewinde in der Gewindeaufnahme 4 passendes Außengewinde 8. Das Außengewinde (hier M16x1,5 LH) ist ein Linksgewinde, im Unterschied zu einem Innengewinde 9 des Gewindeeinsatzes 7. Bei dem Innengewinde 9 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um ein Gewinde M12x1,25 RH. Der Gewindeeinsatz 7 besitzt einen Kopf 10 angrenzend an das Außengewinde 8. 4 zeigt, dass ein radialer Bund 11 angrenzend an das Außengewinde 8 am Kopf 10 ausgebildet ist. Der Bund 11 liegt in der Einbausituation an einer gegenüber der Plateaufläche 6 leicht zurückspringenden Anlagefläche 12 (1) an, die an die Gewindeaufnahme 4 grenzt. Der Bund 11 begrenzt die Einschraubtiefe des Gewindeeinsatzes 7 in der Gewindeaufnahme 4.
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Der Kopf 10 besitzt einen größeren Außendurchmesser AD1 als das Außengewinde 8 (Außendurchmesser AD2). Die Differenz zwischen AD1 und AD2 bestimmt die Breite des ringförmigen Bundes 11.
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Die 4 zeigt, dass ein Endabschnitt 13 des Kopfes 10 konisch ausgebildet ist. Der Außendurchmesser AD1 wird zum stirnseitigen Ende des Kopfes 10 hin etwas kleiner. Der Winkel W1 beträgt vorzugsweise 4-6°, insbesondere 5°.
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Der Kopf 10 weist eine Kupplung 14 auf. Die Kupplung 14 umfasst eine Nut 15 mit einer Tiefe T1 und einer Breite B1. Die Breite B1 im Verhältnis zum maximalen Außendurchmesser AD1 des Kopfes ist relativ groß. In diesem Fall ist die Nut 15 etwa 5 mm breit bei einem Außendurchmesser AD1 von ca. 18 mm. Sie erstreckt sich daher über mehr als 25 % des maximalen Außendurchmessers. Die Nut 15 besitzt einen rechteckigen Querschnitt und bei einer Tiefe T1 von ca. 4-5 mm. Die Wände 16, 17 der Nut 15 verlaufen parallel zueinander.
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Die 5 bis 8 zeigen das zugehörige Eindrehwerkzeug 18. Das Eindrehwerkzeug 18 besitzt einen radial verlaufenden Steg 19 (7), der in seinen Abmessungen auf die Breite B1 der Nut 15 und die Tiefe T1 der Nut 15 abgestimmt ist. Bei einer Breite B1 der Nut 15 von bspw. 5 mm beträgt die Breite B2 des Steges bspw. 4,5 mm. Die Höhe H1 des Steges 19 ist dementsprechend um wenige zehntel Millimeter kleiner als die Tiefe T1 der Nut 15.
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Das Eindrehwerkzeug 18 besitzt zusätzlich zu dem Steg 19 einen zylindrischen Zentrierkragen 20. Der Zentrierkragen 20 steht in die gleiche Richtung wie der Steg 19 an einem Ende des Eindrehwerkzeuges 18 vor, überragt allerdings den Steg 19 in der axialen Länge. Beim Eindrehen kommt daher zunächst der Zentrierkragen 20 mit dem konischen Endabschnitt 13 am Kopf 10 des Gewindeeinsatzes 7 zur Zentrierung in Kontakt. Danach kann auch der Steg 19 mit der Nut 15 in Eingriff gebracht werden.
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Das Eindrehwerkzeug 18 besitzt an seinem dem Steg 19 und dem Zentrierkragen 20 abgewandten Ende einen Werkzeugansatz 21 in Form eines Außensechskants. Auf den Außensechskant folgt ein Zentrier- und Kupplungszapfen 22 mit einer Querbohrung 23 für den Eingriff mit einem Sperrkörper eines nicht näher dargestellten Werkzeugs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kokillenplatte
- 2
- Rückseite von 1
- 3
- Plateausockel
- 4
- Gewindeaufnahme
- 5
- Innengewinde von 4
- 6
- Plateaufläche von 3
- 7
- Gewindeeinsatz
- 8
- Außenwinde von 7
- 9
- Innengewinde von 7
- 10
- Kopf von 7
- 11
- Bund an 10
- 12
- Anlagefläche an 4
- 13
- Endabschnitt von 10
- 14
- Kupplung
- 15
- Nut
- 16
- Wand von 15
- 17
- Wand von 15
- 18
- Eindrehwerkzeug
- 19
- Steg an 18
- 20
- Zentrierkragen
- 21
- Werkzeugansatz
- 22
- Zentrier- und Kupplungszapfen
- 23
- Querbohrung
- AD1
- Außendurchmesser von 7
- AD2
- Außendurchmesser von 8
- B1
- Breite von 15
- B2
- - Breite von 19
- T1
- Tiefe von 15
- H1
- Höhe von 19
- W1
- Winkel an 13
