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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum verstärkten
Kühlen beim Giessen von Werkstücken aus Metall, insbesondere
für das vertikale kontinuierliche Giessen (Ziehen) von unten
nach oben.
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Beim kontinuierlichen vertikalen steigenden Guß, der z.B. aus
dem US-Patent 3,746,077 bekannt ist, wird ein metallenes
Werkstück normalerweise durch Verwendung des Kühlers aus Fig. 1
gekühlt, bei dem das Kühlmittel dem Bodenteil des Kühlers über
einen in der Nähe der Außenwand des Kühlers angeordneten Einlaß
an der Oberseite zugeführt wird. Innerhalb des Kühlers ist eine
Zwischenleitung angeordnet, so daß das Kühlmittel direkt zu
dessen Auslaß geführt wird, während es in der Nähe der
Innenwand des Kühlers aufsteigt. In Fig. 1 wird das geschmolzene
Metall zu einer Düse 1 geführt. In der Düse ist in der Höhe 2
die Befestigungsfront ausgebildet an der das geschmolzene
Metall in den festen Zustand übergeht. Im Kühler 3 wird das
Kühlmittel über die Zwischenleitung 4 erst nach unten durch den
Einlaß in den Bodenteil des Kühlers geleitet und danach wieder
nach oben zum oberen Teil des Kühlers, um aus dem Kühler
abgeführt zu werden. Es ist offensichtlich, daß die von der Düse 1
abgeführte Hitze im wesentlichen an der Verfestigungsfront 2 am
höchsten ist, weil das Metall im Zuge seiner Verfestigung
seinen Zustand ändert und entsprechend seiner Hitze bei der
Zustandsänderung Wärme abgibt.
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Bei der Verwendung des bekannten Kühlers aus Fig. 1, z.B. beim
Giessen von Kabeln, wo das Ziehen bei hohen Geschwindigkeiten
durchgeführt wird, wird ein Anstieg der Temperatur des
gegossenen Kabels als Funktion der Zeit beobachtet. Beim Giessen z.B.
von Kupferkabeln mit der Geschwindigkeit von 6 Metern/Minute
kann die Oberflächentemperatur des Kabels nach dem Kühlen über
500ºC liegen. Ein derartiger Anstieg der Kabeltemperatur
bewirkt in der Regel einen Bruch des Kabels, was die
Betriebseffizienz drastisch reduziert. Gründe für den
Temperaturanstieg sind z.B. die thermische Expansion des unteren Teils
im Kühler, die einen Spalt in dem Gewinde zwischen der Düse und
dem Kühler erzeugt. Darüber hinaus bringt die hohe Menge an-
Schmelzwärme bei hohen Ziehgeschwindigkeiten einen
Temperaturanstieg der Wasseroberfläche im Kühler mit sich, so daß eine
isolierende Dampfblase an der Kühlfläche des Kühlers erzeugt
wird.
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DE-B-2 060 451 beschreibt eine Vorrichtung zur Intensivierung
der Kühlung beim Giessen metallener Werkstücke, welche
Vorrichtung einen Kanal mit einem kleinen Durchmesser aufweist, um das
Kühlmittel zum Boden des Kühlers zu leiten. Es ist weiterhin
ein mittlerer Kanal mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen,
um das Kühlmittel nach oben zum Auslaß des Kühlers zu leiten.
Am Umkehrpunkt des Kühlmittelflusses im Bodenbereich des
Kühlers sind der äußere Kanal und der mittlere Kanal unter der
Kante einer Trennwand zwischen den beiden konzentrischen
Kühlmittelkanälen verbunden. Am unteren Bereich ist die
Geschwindigkeit des Kühlmittelflusses aufgrund des größeren
Durchmessers der verbundenen Kanäle unter der Kante der Trennwand
verringert. Dies kann zur Bildung von Dampf führen, weil
insbesondere der untere Bereich des Kühlers der heißeste Bereich ist.
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Die US-3,746,077 zeigt einen Gußapparat, bei dem die untere
Kante eines Trennelements zwischen einem nach oben leitenden
und einem nach unten leitenden Kühlmittelkanal abgerundet ist.
Jedoch verhindert diese Art von Abrundung am Drehpunkt des
Flusses nicht eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit. Der
Durchmesser in diesem Bodenbereich unter dem Drehpunkt ist
größer als der Durchmesser des nach oben leitenden Auslaßkanals.
Es werden daher Verwirbelungen in dem Kühlmittelfluß erzeugt
und die Fließgeschwindigkeit wird reduziert, was wiederum die
Bedingungen für eine Dampfbildung schafft.
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Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung einige der Nachteile des
Standes der Technik zu vermeiden und eine neue verbesserte
Vorrichtung zu schaffen, die betriebssicherer ist, so daß die
Kühlung insbesondere beim kontinuierlichen vertikalen
aufsteigenden Giessen auch bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten
effizient ist. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung
sind aus dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 ersichtlich.
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Erfindungsgemäß wird der Fließbereich für das Kühlmittel, das
in dem Kühler einer kontinuierlichen Gießmaschine beim
aufsteigenden Gießen fließt, mittels zumindest eines Führungsgliedes
geändert, insbesondere in einer Höhe, die durch die
Verhärtungsfront der Vorrichtung definiert ist, so daß die Kühlung
insbesondere zumindest in dieser Höhe in vorteilhafter Weise
intensiviert wird. Zu gleicher Zeit wird hierdurch verhindert,
daß die Temperatur des gegossenen oder gezogenen Werkstücks
ansteigt und konsequenterweise, daß das erzeugte Produkt bricht.
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Das Strömungsteil oder die Strömungsteile der Erfindung können
vorzugsweise im Gehäuse des Kühlers angeordnet werden und/oder
in einem Abtrennteil, welches die Fließrichtung des Kühlmittels
definiert und welches es ermöglicht, daß das Kühlmittel zuerst
vom oberen Teil des Kühlers in Richtung auf den Boden fließt
und anschließend wieder zurück. Wenn das Strömungsteil oder die
Teile in dem Kühlgehäuse angeordnet werden, formen diese Teile
Kanäle, um das Kühlmittel im wesentlichen nahe der zu kühlenden
Oberfläche zu führen. Auf diese Weise kann die Kühlung
intensiviert werden, auch und insbesondere in dem Bereich, der über
der Höhe angeordnet ist, die durch die Aufhärtungsfront
definiert wird.
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Um das Führungsteil der vorliegenden Erfindung an dem
Abtrennteil für das Kühlmittel vorzusehen, kann der Bodenteil des
Abtrennteils mit dem Führungsteil versehen sein, um das
Kühlmittel in vorteilhafter Weise gegen die Oberfläche des
Kühlers zu lenken, die im wesentlichen in der Höhe der
Aushärtungsfront angeordnet ist. Für eine vorteilhafte Ausrichtung
bzw. Einfluchtung des Kühlmittels ist es auch möglich, im
wesentlichen in der Höhe der Aushärtungsfront eine Nut im
Kühlergehäuse vorzusehen, welche Nut die Kühlfläche an ihrem
höchst kritischen Punkt vergrößert.
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Durch Verwendung des Führungsteils oder der Führungsteile der
Erfindung wird das Kühlmittel vorteilhafterweise dazu gebracht,
an dem kritischen Punkt des vertikalen kontinuierlichen
Giessens vorbei zu fließen, so daß von der gesamten Kühlkapazität
des Kühlmittels Gebrauch gemacht werden kann. Somit ist es
möglich, die Gieß- oder Ziehgeschwindigkeiten bezogen auf den
derzeitigen Wert zu erhöhen, ohne die Temperatur des gegossenen
bzw. gezogenen Produktes und demzufolge die Gefahr des Brechens
oder Reissens zu erhöhen.
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Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines aus dem Stand
der Technik bekannten Kühlers einer Gießmaschine für
aufsteigenden Guß,
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, bei der das
Führungsteil für die Kühlflüßigkeit in dem Kühlergehäuse
angeordnet ist,
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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer anderen
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das
Führungsteil für die Kühlflüßigkeit in dem
Abtrennteil vorgesehen ist, und
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Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer dritten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das
Führungsteil für das Kühlmittel an dem Abtrennteil
und in dem Kühlergehäuse angeordnet ist.
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Fig. 1 wurde bereits in der Beschreibung mit Bezug auf den
Stand der Technik beschrieben.
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In Fig. 2 ist der Kühler 11 um eine Düse 12 herum angeordnet,
so daß zumindest der obere Teil der Düse 12 gekühlt wird. Das
Kühlmittel, wie z.B. Wasser wird in den Kühler 11 über den
Einlaß 13 am oberen Ende des Kühlers eingeführt. In dem Kühler 11
fließt das Kühlmittel in Richtung der Pfeile aus Fig. 2 zuerst
nach unten in den Bereich zwischen der Außenwand des Kühlers 11
und dem Abtrennteil 14, der innerhalb des Kühlers angeordnet
ist. Danach wird das Kühlmittel erfindungsgemäß zur Höhe der
Aushärtungsfront 15 in der Düse 12 zu einem im wesentlichen
horizontalen Führungskanal 16 geführt, der in dem Gehäuse des
Kühlers 11 angeordnet ist, so daß das Kühlmittel im
wesentlichen nahe an der inneren Oberfläche des Kühlers 11 fließt.
Demzufolge trifft das Kühlmittel an der inneren Wand des
Kühlers 11 im heißesten Teil auf, was wiederum in vorteilhafter
Weise die Effizienz der Kühlung verbessert. Die Führung 16 ist
weiterhin mit einem anderen Führungskanal 17 verbunden, der im
wesentlichen parallel zur vertikalen inneren Wand des Kühlers
11 verläuft. Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Führungskanäle
16 und 17 das Kühlmittel näher zum heißesten Punkt des
Kühlergehäuses bringen, ist die Kühlfläche des Kühlergehäuses 11, die
in Kontakt mit dem Kühlmittel steht am heißesten Punkt
ebenfalls beträchtlich vergrößert. Dies bringt eine weitere
wesentliche Verbesserung in der Kühlleistung des Kühlers 11 mit
sich.
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Durch den Führungskanal 17 steigt das erhitzte Kühlmittel in
den Raum zwischen der Innenwand des Kühlers 11 und dem
Abtrennteil 14, um aus dem Kühler 11 über den Auslaß 18 abgeführt
zu werden. Die Anzahl der Führungskanäle 16 und 17 in einem
Kühler 11 kann entsprechend der Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung variieren, so daß hier einer oder zahlreiche Kanäle
vorgesehen sein können.
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In Fig. 3 ist um die Düse 21 herum der Kühler 22 angeordnet,
wobei die Flußrichtung des Kühlmittels in ähnlicher Weise wie
in Fig. 2 mit Pfeilen angezeigt ist. Das Kühlmittel wird dem
Kühler 22 durch den Einlaß 23 zugeführt, und das Kühlmittel
fließt in den Raum zwischen der Außenwand des Kühlers 11 und
dem Abtrennteil 24 zum Bodenbereich des Kühlers.
Erfindungsgemäß ist in der Düse 21 im Bodenbereich des Abtrennteils 24 im
wesentlichen in der Höhe der Aushärtungsfront 25 zumindest eine
Führung oder ein Ausrichtungsteil 26 vorgesehen, um das
Kühlmittel gegen die Innenwand des Kühlers zu leiten,
vorzugsweise an den Punkt der Wand, welcher die meiste Kühlung
benötigt. Das erhitzte Kühlmittel wird weiter in Richtung auf
den Auslaß 27 durch einen Flußkanal geleitet, welcher durch das
Abtrennteil 24 und die Innenwand des Kühlers gebildet wird.
Durch Verwendung des Führungsteils 26 der Erfindung wird eine
höhere Flußrate und damit eine bessere Kühlwirkung oder
Kühlkapazität für das Kühlmittel erreicht. In gleicher Weise werden
Turbulenzen des Kühlmittels verringert, so daß die Bildung
eines Dampfbetts an der Oberfläche des Kühlers vorzugsweise
verhindert wird.
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In der Ausbildungsform der Fig. 4 ist der Kühler 31 um den
oberen Bereich der Düse 32 herum ausgebildet. Das Kühlmittel
wird durch einen Einlaß 33 zugeführt, welcher in dem Oberteil
des Kühlers vorgesehen ist, und das Kühlmittel fließt in den
Raum zwischen der Außenwand des Kühlers und dem Abtrennteil 34
zum Bodenbereich des Kühlers 31. Um das Kühlmittel gegen die
Innenwand des Kühlers zu richten, ist in der Düse 32 mit dem
Bodenteil des Abtrennteils 34 im wesentlichen in der Höhe der
Aushärtungsfront 35 erfindungsgemäß zumindest eine Führung oder
ein Ausrichtungsteil 36 verbunden, welches das Kühlmittel zu
mindestens einer Nut 37 führt, welche in der Innenwand des
Kühlergehäuses quer angeordnet ist. Aufgrund des Effekts des
Führungsteils 36 und der Nut 37 wird die in dem Kühlmittel
vorhandene Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt. Auf
diese Weise wird die Kühlkapazität des Kühlmittels verbessert
und zur gleichen Zeit wird die Bildung eines isolierenden
Dampfbetts, welches die Kühleffizienz reduzieren würde,
verhindert. Das Kühlmittel, das im wesentlichen an dessen heißestem
Punkt am Kühlerboden aufgeheizt wird, wird von dem Kühler 31
über den Auslaß 38 im Oberteil des Kühlers abgeführt.
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Die obigen Zeichnungen 2-4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, wobei jede mit einem Führungsteil
unterschiedlicher Form versehen ist. Es ist jedoch klar, daß soweit nötig,
diese unterschiedlichen Formen von Führungsteilen gleichzeitig
in ein und demselben Kühler angeordnet sein können.