EP3766600A1

EP3766600A1 - Elektromagnetische spulenanordnung und elektromagnetische rührrolle für eine stranggussanlage

Info

Publication number: EP3766600A1
Application number: EP20185987.3A
Authority: EP
Inventors: Peter Paul WIMMER; Martin Hirschmanner; Felix LINDLBAUER; Andreas ROHRHOFER
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2040-07-15
Also published as: EP3766600B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der metallurgischen Anlagen, konkret eine elektromagnetische Spulenanordnung für eine elektromagnetische Rührrolle einer Stranggussanlage.Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Spulenanordnung und eine elektromagnetische Rührrolle zu schaffen, welche eine effektive Wärmeabfuhr - der in den Spulenwicklungspaketen entstehenden Wärme - ermöglicht, um die elektromagnetische Spulenanordnung und die elektromagnetische Rührrolle mit möglichst hoher Leistung betreiben zu können. Die Aufgabe wird durch eine Elektromagnetische Spulenanordnung für eine elektromagnetische Rührrolle einer Stranggussanlage gelöst. Diese umfasst einen Eisenkern (2) mit einem Querschnitt (A) und einer ersten Längserstreckung (L1). Die Spulenanordnung umfasst zumindest zwei Spulenwicklungspakte (10). Diese umschließen den Eisenkern (2) in Teilbereichen entlang der ersten Längserstreckung (L1). Die Spulenwicklungspakete (10) bestehen aus maximal zwei übereinanderliegenden Lagen (11a), bevorzugt nur aus einer Lage (11a), sowie einer Vielzahl nebeneinander liegender Windungen (11b).

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der metallurgischen Anlagen, konkret eine elektromagnetische Spulenanordnung für eine elektromagnetische Rührrolle einer Stranggussanlage. Die Elektromagnetische Spulenanordnung umfasst einen Eisenkern mit einem Querschnitt und einer ersten Längserstreckung und zumindest zwei Spulenwicklungspakte, zwei Befestigungsstummel mit zumindest zwei elektrischen Anschlusskontakten, welche jeweils mit zumindest einem Spulenwicklungspaket verbunden sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Elektromagnetische Rührrolle für eine Stranggussanlage zur Herstellung von Produkten mit großen Querschnitten, insbesondere Brammen. Die Rührrolle umfasst:

eine Rolle mit kreisrundem Hohlquerschnitt welche beidseitig drehbar gelagert ist,
einen Zufluss für Kühlmittel und
einen Abfluss für Kühlmittel.

Stand der Technik

In Stranggussanlagen werden zur Produktion von hochqualitativen Elektrostählen elektromagnetische Rührer eingesetzt. Befindet sich der Rührer im Bereich des sogenannten Gießbogens, wird er als Strangrührer bezeichnet. Wenn der elektromagnetische Rührer in einer Rolle eines Segments der Stranggussanlage verbaut wird, spricht man von einer sogenannten Rührrolle.
Der Strang Rührer erzeugt im Flüssigbereich des Stranges eine Rührkraft, die den flüssigen stahl horizontal entlang einer Gießproduktionsbreite bewegt und ein schmetterlingsartiges Strömungsmuster im flüssigen Stahl erzeugt. Der Aufbau sieht dabei meistens ein Rollenpaar vor, welches entweder von beiden Seiten oder nebeneinander auf den Strang einwirkt. Solche Rührrollen sind beispielsweise aus den Dokumenten US2015/0290703 A1 und US2013/0008624 A1 bekannt.
Diese Rührrollen bestehen aus einem Eisenkern und Spulenwicklungspaketen. Diese Spulenwicklungspakete bestehen aus einem Draht der zu einer Vielzahl nebeneinander liegender Windungen, sowie übereinanderliegender Lagen gewickelt werden. Der Draht ist mit einer elektrischen Isolationsschicht überzogen. Die den Eisenkern umschließenden stromdurchflossenen Wicklungspakete erzeugen den magnetischen Fluss, der von der Windungsanzahl und der Stromstärke in den Wicklungen abhängig ist. Der Betrag der magnetischen Flussdichte bestimmt wiederum die Stärke der Rührkraft des elektromagnetischen Rührers. Durch den Ohm'schen Widerstand der Wicklungen entsteht eine gewisse Verlustleistung, welche in Wärme umgewandelt wird und durch eine Kühlung abgeführt werden muss. Die elektrische Isolationsschicht ist ein schlechter Wärmeleiter, wodurch die Wärme der unteren Lagen der Wicklungspakete schlecht nach außen transportiert wird, wo die Wärme besonders effektiv abgeführt werden kann. Es besteht somit für eine unterste Lage der Wicklung das Problem, dass die Maximaltemperatur der Isolationsschicht nach einer gewissen Zeit erreicht wird und deshalb die Stromstärke begrenzt werden muss. Dies führt in weiterer Folge dazu, dass auch die Rührleistung entsprechend begrenzt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Spulenanordnung und eine elektromagnetische Rührrolle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine effektive Wärmeabfuhr - der in den Spulenwicklungspaketen entstehenden Wärme - ermöglicht um die elektromagnetische Spulenanordnung und die elektromagnetische Rührrolle mit möglichst hoher Leistung betreiben zu können.
Die Aufgabe wird bei der eingangs genannten elektromagnetischen Spulenanordnung dadurch gelöst, dass die zumindest zwei Spulenwicklungspakete den Eisenkern, in Teilbereichen entlang der ersten Längserstreckung, umschließen. Unter der ersten Längserstreckung ist eine Eisenkernlänge zu verstehen. Die Spulenwicklungspakete bestehen aus maximal zwei übereinanderliegenden Lagen, bevorzugt nur aus einer Lage, sowie einer Vielzahl nebeneinander liegender Windungen. Das jeweilige Spulenwicklungspaket besteht also aus einer Vielzahl von Windungen, die nebeneinander gewickelt werden und aus maximal zwei übereinander liegenden Lagen. Die Anzahl der Windungen wird durch Berechnungen ermittelt und hängt von einer maximal verfügbaren Spannung und einer maximalen Stromdichte bei einer bestimmten Rührfrequenz ab. Das Ziel ist immer eine möglichst hohe Rührwirkung, also eine möglichst hohe magnetische Flussdichte, bereitzustellen. Die einzelnen Windungen sind mit einem Isoliermaterial überzogen, damit eine elektrische Isolation der einzelnen Windungen zueinander gegeben ist. Das Isoliermaterial ist bevorzugt eine Polyimidfolie. Die Spulenwicklungspakete sind derart ausgestaltet, dass diese zur Montage auf dem Eisenkern von einer Stirnseite des Eisenkernes bis zu einer vorgesehenen Montageposition aufschiebbar sind. Die Spulenwicklungspakete weisen beim Aufschieben Innenabmessungen auf, welche größer sind als die Außenabmessungen des Eisenkerns um ein aufschieben der Spulenwicklungspakete auf den Eisenkern zu erlauben. Diese Ausführung soll ermöglichen, dass die Spulenwicklungspakete ohne Eisenkern hergestellt werden können und ein Zusammenbau von Spulenwicklungspaket und Eisenkern separat erfolgen kann. Die Spulenwicklungspakete können während der Montage durch Aufweitung, wie beispielsweise Erwärmen oder Aufdrehen der Windungen, in ihren Abmessungen vergrößert werden um das Aufschieben zu erleichtern oder ermöglichen. Die Spulenwicklungspakete sind also so ausgestaltet, dass diese zur Montage in einer Form sind oder in eine Form gebracht werden können um das Aufschieben auf das Stützrohr zu ermöglichen. Die Spulenwicklungspakete weisen zum Schutz und für die Isolation eine Schutzschicht auf. Diese Schutzschicht umschließt die Spulenwicklungspakete vollständig. Die Schutzschicht umgibt die Spulenwicklungspakete derart, dass zumindest eine Außenseite und beide seitlichen Flächen des jeweiligen Spulenwicklungspaketes von der Schutzschicht umgeben sind. Stirnseitig am Eisenkern sind die Befestigungsstummel angeordnet.
Die elektrischen Anschlusskontakte sind jeweils mit zumindest einem Spulenwicklungspaket verbunden. Eine bevorzugte Anordnung der elektrischen Anschlusskontakte ist an den Stirnseiten der Befestigungsstummel. Die Befestigungsstummel weisen in einer bevorzugten Ausführung Durchführungen auf, welche es ermöglichen die elektrischen Anschlusskontakte an eine von außen einsehbarer Stirnseite der Befestigungsstummel zu führen. An dieser Stirnseite können dann die Spulenwicklungspakete elektrisch über die Anschlusskontakte angeschlossen werden.
Die Befestigungsstummel haben die Funktion, die Spulenanordnung an einem Lagerbock montieren zu können. Durch die Ausführung der Spulenwicklungspakete mit maximal zwei Lagen kann die Wärme leichter abgeführt werden. Es hat sich zusätzlich gezeigt, dass durch die Minimierung der Lagen - auf maximal zwei - die elektromagnetische Flussdichte über einen längeren Zeitraum auf einem höheren Niveau gehalten werden kann, als dies bei einer Ausführung mit mehr als zwei Lagen der Fall ist. Die entstehende Wärme kann dadurch besser abgeführt werden. Diese Ausführung reduziert eine Temperaturdifferenz zwischen der inneren Lage und der äußersten Lage auf bis zu 120 Kelvin. Bei der bevorzugten Ausführung der Spulenwicklungspakete mit nur einer Lage lässt sich, bei einer Stromdichte von 17 A/m², die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen auf bis zu 60 Kelvin reduzieren. Bei Ausführungen mit mehreren Lagen wurden Temperaturdifferenzen - zwischen innerer und äußerer Lage - von 200 Kelvin ermittelt, wodurch die Gefahr der Überschreitung der Maximaltemperatur der Isolierwerkstoffe besteht. Um dies zu verhindern, muss in einem solchen Fall die in die Spulen eingespeiste Energie, also der Strom, reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass die Rührwirkung verringert wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist, dass die Windungen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Abmessung der Windung in Radialrichtung größer ist als in Axialrichtung. Das Verhältnis der Abmessung in Axialrichtung - also einer Breite eines Querschnittes der Windung - zu der Abmessung in Radialrichtung -- also einer Höhe eines Querschnittes der Windung - liegt bevorzugt in einem Bereich von 1/3 bis 1/8, besonders bevorzugt 1/4 bis 1/6. Die Windungen sind also als sogenannte stehende Windungen ausgeführt. Durch den rechteckigen Querschnitt lassen sich mehrere schmale und hohe Windungen nebeneinander anordnen, um die gewünschte Windungszahl zu erhalten und trotzdem ein kompaktes Spulenwicklungspaket herzustellen. In diesem Zusammenhang wird unter rechteckig auch verstanden, dass die Ecken Rundungen aufweisen können, welche eine einfachere Montage beim Zusammenbau der Spulenwicklungsanordnung gewährleisten.
Als ganz besonders bevorzugte Ausführung hat sich eine Windung mit rechteckigem Querschnitt und nur einer Lage ergeben. Bei dieser Ausführungsvariante ergibt sich eine besonders gute Wärmeabführung nach außen. In Versuchen hat sich gezeigt, dass dadurch die Temperaturdifferenz am geringsten ist. Bei dieser einlagigen Ausführung ergeben sich in Radialrichtung keine Übergänge von isolierter Windung zu darüber liegender isolierter Windung, wodurch eine besonders guter Wärmetransport nach außen ergibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Eisenkern zumindest einen Kühlkanal aufweist. Durch die Anordnung von zumindest einem Kühlkanal kann die Wärme, welche im Eisenkern entsteht, besonders effektiv abgeführt werden.
Eine zweckmäße Ausführung sieht vor, dass ein Schutzrohr mit Hohlquerschnitt, bevorzugt kreisringförmigem Querschnitt, die Spulenwicklungspakete umschließt. Das Schutzrohr erstreckt sich zumindest über die beiden Spulenwicklungspakete. Eine mögliche Ausführung des Schutzrohres ist, dass dies aus mehreren Teilen besteht und vorhandene Stoßstellen jeweils abgedichtet werden - beispielsweise mit verklebten Metallstreifen. Die vorhandenen Zwischenräume zwischen dem Schutzrohr und den Spulenwicklungspaketen werden mittels Füllmasse ausgefüllt. Die Füllmasse führt dazu, dass die Wärme zu einem möglichst großen Teil an eine Innenseite des Schutzrohr übertragen wird. Dieses Schutzrohr ist aus gut wärmeleitendem Material, bevorzugt aus nichtmagnetischem Stahl, hergestellt und leitet somit die Wärme von einer Innen- zu einer Außenseite des Schutzrohrs.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Füllmasse eine Wärmeleitfähigkeit von größer $0, 1 \frac{W}{mK},$
bevorzugt größer $1 \frac{W}{mK},$
aufweist. Die Füllmasse mit dieser Wärmeleitfähigkeit sorgt für eine besonders gute Abführung der Wärme von den Spulenwicklungspaketen zum Schutzrohr.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass der Eisenkern in einem hohlen Stützrohr mit einer zweiten Längserstreckung angeordnet ist. Das Stützrohr weist also einen Hohlquerschnitt auf, und erstreckt sich entlang einer Längsachse. Das Stützrohr weist eine Stützrohrlänge auf, die in der Größenordnung der Gießproduktionsbreite liegt. Durch das Stützrohr kann der Eisenkern über die Gießproduktionsbreite stabilisiert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Stützrohr entlang der zweiten Längserstreckung eine Mehrzahl von Schlitzen, insbesondere zumindest zwei, bevorzugt zumindest vier, besonders bevorzugt zumindest sechs, ganz besonders bevorzugt acht Schlitze, mit jeweils einer vorgegebenen Schlitzfläche aufweist. Der Eisenkern ist derart ausgebildet, dass jeweils ein Teilvolumen des Eisenkerns in jeweils einen dieser Schlitze eingeschoben werden kann, bevorzugt füllen die jeweiligen Teilvolumen die jeweiligen Schlitze vollständig aus. Die Ausführung mit mehreren Schlitzen hat den Vorteil, dass eine Aufweitung des Rohres, durch mögliche mechanische Eigenspannungen des Rohres, mittels - zwischen den Schlitzen liegenden - Stegen, verhindert wird. Diese Ausführung sieht also vor, dass zwischen drei und zehn Schlitze vorhanden sind, welche entlang der zweiten Längserstreckung angeordnet sind. Diese Stege verhindern also ein Aufweiten - also Veränderung einer ursprünglichen - beispielsweise kreisringförmigen - Form - des Stützrohrs, welches nach dem Herstellen des Schlitzes auftreten kann. Der Eisenkern weist in dieser Ausführung also für jeden Schlitz ein Teilvolumen auf, welches in die Schlitze eingeschoben werden kann. Somit müssen natürlich die Stege im Eisenkern ebenso als Negativ abgebildet sein, damit die Teilvolumen in die jeweiligen Schlitze eingeschoben werden können.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass innerhalb des Stützrohrs Kühlkanäle neben dem Eisenkern angeordnet sind. Diese Kühlkanäle verlaufen nahe am Eisenkern, um die entstehende Wärme möglichst effektiv abzuführen. Die Kühlkanäle können als Rohr ausgeführt sein, welches neben dem Eisenkern in das Stützrohr eingeschoben wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Schlitzfläche rechteckig ist. Diese Ausführung wird bevorzugt, da dadurch eine möglichst große Schlitzfläche erreicht wird.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausprägung weisen die elektrischen Anschlusskontakte einen Bolzen mit einer Bolzenquerschnittsfläche, welche eine benötigte Energie an die Spulenwicklungspakete übertragen kann, sowie einen Befestigungsbolzenstummel, mit einer Befestigungsquerschnittfläche, auf. Die Bolzenquerschnittsfläche und die Befestigungsquerschnittsfläche weisen ein Verhältnis von 1,7 bis 4 auf. Die Anschlusskontakte müssen für diese Anwendungen auf sehr begrenztem Raum angeordnet und befestigt werden können. Aus diesem Grund soll der Anschlusskontakt einerseits die benötigte Energie an die Spulenwicklungspakete übertragen können und andererseits eine zuverlässige Befestigung aufweisen. Der Anschluss von elektrischen Versorgungskabeln an die Anschlusskontakte soll bevorzugt über einen Kabelschuh erfolgen. Der Kabelschuh wird auf den Befestigungsstummel aufgeschoben, wobei dieser so fixiert werden muss, dass dieser einen guten Kontakt zur Bolzenquerschnittsfläche aufweist. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der Befestigungsbolzen ein Gewinde aufweist und durch ein Aufschrauben einer Mutter der Kabelschuh an die Befestigungsquerschnittsfläche angepresst wird. Durch die verringerte Befestigungsquerschnittsfläche benötigen die Kontakte weniger Platz. Diese Ausführung ermöglicht es, dass die Anschlusskontakte - trotz begrenztem Platzbedarf - an den Stirnseiten der Befestigungsstummeln angeordnet werden können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die jeweils den Befestigungsstummeln nächstgelegenen Spulenwicklungspakete und alle mit diesen elektrisch verbundenen Spulenwicklungspakete eine höhere Gesamtwindungszahl aufweisen als eine Gesamtwindungszahl aller anderen - jeweils elektrisch miteinander verbundenen - Spulenwicklungspakete. Die Spulenwicklungspakete, welche am Rand platziert sind, weisen einen größeren Luftspalt auf, da magnetische Feldlinien zumindest teilweise über eine der beiden Stirnseiten des Eisenkerns austreten. Dies führt dazu, dass diese Spulenwicklungspakete im Vergleich zu jenen Spulenwicklungspaketen, welche nicht am Rand platziert sind, eine größere Länge des Luftspalts l_Luft im magnetischen Kreis aufweisen. Daraus ergibt sich, dass ein magnetischer Gesamtwiderstand R_m,ges (vgl. Gleichung 4) höher ist und deshalb die Induktivität abnimmt. Die Induktivität L errechnet sich durch die Gleichung 1, wobei N die Windungszahl ist. Der magnetische Widerstand im Luftspalt errechnet sich nach Gleichung 2, wobei µ₀ die Permeabilität von Vakuum und A die Querschnittsfläche des magnetischen Leiters ist. In Gleichung 3 ist die Formel für den magnetischen Widerstand im Eisen dargestellt, wobei µ_r die relative Permeabilität des Eisenkerns ist. $L = \frac{N^{2}}{R_{m, ges}}$
$R_{m, l} = \frac{l_{Luft}}{μ_{0} * A}$
$R_{m, Fe} = \frac{l_{Fe}}{μ_{0} * μ_{r} * A}$
$R_{m, ges} = R_{m, l} + R_{m, Fe}$
Diese Gleichungen dienen dem Verständnis der Zusammenhänge, eine analytische Berechnung des magnetischen Widerstandes ist aber aufgrund des weitgehend unbekannten Luftspalts und wegen der dynamischen Veränderungen während des Betriebes einer Rührrolle schwierig, und wird dementsprechend auch über Finite Elemente Methoden (FEM) Programme gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausführung sieht vor, dass alle mit jeweils einem elektrischen Kontakt verbundenen Spulenwicklungspakte nahezu die gleiche Induktivität aufweisen. Wie in der Gleichung 1 ersichtlich, kann die Induktivität entweder über die Windungszahl N oder durch den magnetischen Widerstand R_m,ges verändert werden. Die einfachste Ausführung ergibt sich durch die Anpassung der Windungszahl. Die jeweils mit den einzelnen elektrischen Anschlusskontakten verbundenen Spulenwicklungspakete sollen durch die Anpassung der Gesamtwindungszahl eine nahezu gleiche Strombelastbarkeit und Induktivität aufweisen. Mit dieser Lösung ist es möglich, bei gleichbleibenden Platzverhältnissen, die elektrische Leistung der Rührrolle im Größenbereich von 5% zu steigern. Dies erfolgt durch eine ideale - also gleiche - Stromaufteilung auf alle Spulenwicklungspakete der elektromagnetischen Spulenwicklungsanordnung.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Spulenwicklungsanordnung drei elektrische Anschlusskontakte aufweist und die Anzahl der Spulenwicklungspakete einem Vielfachen von drei plus zwei entspricht. Die Anzahl von Spulenwicklungspakete ist also beispielsweise zumindest fünf, bevorzugt zumindest acht, besonders bevorzugt zumindest elf, ganz besonders bevorzugt vierzehn. Die jeweils den Befestigungsstummeln nächstgelegenen Spulenwicklungspakete, weisen eine kleinere Windungszahl auf, als die restlichen Spulenwicklungspakete. In dieser Ausführungsform dienen die Spulenwicklungspakete, welche in der Nähe des Befestigungsstummel angeordnet sind, also am Rand des Eisenkerns angeordnet sind, als sogenannte Ausgleichs-Spulenwicklungspakete. Eine Ausführung sieht vor, dass ein Anschlusskontakt mit beiden, dem Befestigungsstummeln nächstgelegenen, Spulenwicklungspakten verbunden ist. In diesem Ausführungsfall ist die Windungsanzahl der Ausgleichs-Spulenwicklungspakete größer als die halbe Windungszahl aber kleiner als die Windungszahl der restlichen Spulenwicklungspakete. Eine andere Ausführung ist, dass jeweils zwei elektrische Anschlusskontakte mit einem Ausgleichs-Spulenwicklungspaket verbunden sind.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die elektromagnetische Spulenwicklungsanordnung drei elektrische Anschlusskontakte aufweist. Die Anzahl der Spulenwicklungspakete beträgt zumindest drei oder ein Vielfaches von drei. Die jeweils den Befestigungsstummeln nächstgelegenen Spulenwicklungspakete weisen eine größere Windungszahl auf, als die restlichen Spulenwicklungspakete. In dieser Ausführung sind zumindest zwei elektrische Anschlusskontakte mit einem den Befestigungsstummeln nächstgelegenen Spulenwicklungspakt verbunden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die eingangs genannte elektromagnetische Rührrolle gelöst. Die zuvor beschriebene elektromagnetische Spulenanordnung ist innerhalb der Rolle angeordnet. Die elektromagnetische Spulenanordnung ist beidseitig an einem Lagerbock fixiert. Zwischen dem Rohr und der Spulenanordnung ist ein Kühlkanal ausgebildet, welcher mit dem Zufluss und dem Abfluss verbunden ist.
Die Rolle übt eine Stützwirkung auf den Strang aus. Diese Anordnung ergibt eine elektromagnetische Rührrolle, welche bei gleicher elektrischer Anschlussleistung und Baugröße einen größeren magnetischen Fluss und somit eine gesteigerte Rührwirkung erzielt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rolle auf der Lagerbock beidseitig drehbar gelagert. Diese Ausführung hat sich als besonders robuste Ausführungsform erwiesen. Eine andere Ausführung ist, dass die Lagerung auf den Befestigungsstummeln erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung
Fig. 2 - 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante einer Spulenwicklungsanordnung
Fig. 4 ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsvariante einer Spulenwicklungsanordnung
Fig. 5 ein schematischer Querschnitt einer weiteren Ausführungsvariante einer Spulenwicklungsanordnung
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Rührrolle
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von Spulenwicklungspaketen
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform von Spulenwicklungspaketen
Fig. 9-10 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Spulenwicklungspaketen bei einer Spulenwicklungsanordnung
Fig. 11 - 14 schematische Darstellungen von Ausführungsformen der elektrischen Anschlusskontakte
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Stützrohres
Fig. 16 schematische Darstellung von einem Spulenwicklungspaket

Beschreibung der Ausführungsformen

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Spulenwicklungsanordnung 1 gezeigt. Der Eisenkern 2 weist eine erste Längserstreckung L1 auf. Diese erste Längserstreckung L1 ergibt sich durch eine Erstreckung von einem linken zu einem rechten Befestigungsstummel 12. Unter der ersten Längserstreckung L1 ist also eine Länge des Eisenkerns zu verstehen. Die Spulenwicklungspakete 10 weisen zwei Lagen 11a und eine Vielzahl von Windungen 11b auf. Die einzelnen Windungen 11b sind mit einem Isoliermaterial überzogen. An jeweils einer Stirnseite des Eisenkerns sind Befestigungsstummeln 12 angeordnet. An den Befestigungsstummeln 12 befinden sich auch die elektrischen Kontakte 15. Durch diese elektrischen Kontakte 15 werden die Spulenwicklungspakte 10 an eine elektrische Energieversorgung angeschlossen. Die Spulenwicklungspakete 10 sind mit einer Schutzschicht 13a umschlossen, damit sie gegen mechanischen Verschleiß geschützt und elektrisch nach außen isoliert sind. Die Spulenwicklungspakete 10 sind so ausgestaltet, dass diese zur Montage von einer Stirnseite 6a bis zu einer Montageposition 6b aufschiebbar sind.
In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Spulenwicklungsanordnung 1 gezeigt. Der Eisenkern 2 ist in einem hohlen Stützrohr 3 angeordnet. Das hohle Stützrohr 3 ist - in diesem Ausführungsbeispiel - von zwei Spulenwicklungspaketen 11 umschlossen. Am Stützrohr 3 sind jeweils stirnseitig die Befestigungsstummeln 12 angebracht, welche zum Fixieren der Spulenwicklungsanordnung 1 in einer Rührrolle dienen. Die elektrischen Kontakte 15 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Befestigungsstummeln 12 nach innen zu den Spulenwicklungspaketen geführt. Diese elektrische Verbindung besteht jeweils beidseitig, also am linken Befestigungsstummel 12 und am rechten Befestigungsstummel 12. An den elektrischen Kontakten 15 einer Seite sind jeweils unterschiedliche elektrische Phasen angeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Spulenwicklungsanordnung mit einem zwei Phasen System versorgt werden. Die zumindest zwei elektrischen Kontakte 15 weisen gegenseitig keine elektrische Verbindung auf. Die Spulenwicklungspakete 10 sind von einem Schutzrohr 13 umgeben. Zwischen den Spulenwicklungspaketen 10 und dem Schutzrohr 13 vorhandene Zwischenräume werden mit einer Füllmasse 14 ausgefüllt.
Die Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 dadurch, dass sechs Spulenwicklungspakete entlang der ersten Längserstreckung angeordnet sind. Diese Spulenwicklungspakete weisen jeweils nur eine Lage 11a und eine Vielzahl von Windungen 11b auf. Im Stützrohr 3 sind mehrere Schlitze 4 vorhanden. Die einzelnen Schlitze 4 sind jeweils durch einen Steg 5 voneinander getrennt. Diese Stege 5 haben die Funktion eine Aufweitung des Stützrohres 3 beim Erstellen des Schlitzes zu verhindern. Wie in der Fig. 3 ersichtlich sind die Stege so angeordnet, dass diese in einer bevorzugten Ausführung vollständig von einem Spulenwicklungspaket umschlossen sind - die Stege 5 also unter einem Spulenwicklungspaket 10 liegen. Der Eisenkern 2 ist bei dieser Ausführungsvariante mit mehreren Schlitzen 4 so ausgestaltet, dass er auch entsprechend der Anzahl von Schlitzen eine Anzahl von Teilvolumen des Eisenkerns 2a aufweist, welche die jeweiligen Schlitze 4 nahezu vollständig ausfüllen. Die Teilvolumen des Eisenkerns 2a sind durch die senkrechte Schraffur dargestellt. Die Spulenwicklungspakete 10 sind von einem Schutzrohr 13 umgeben. Zwischen den Spulenwicklungspaketen 10 und dem Schutzrohr 13 vorhandene Zwischenräume werden mit einer Füllmasse 14 ausgefüllt.
Der Querschnitt einer Spulenwicklungsanordnung ist in Fig. 4 gezeigt. Der Eisenkern 2 - welcher einen Querschnitt A aufweist - ist im Stützrohr 3 angeordnet. Das Teilvolumen des Eisenkerns 2a ist in den Schlitz 4 des Stützrohres 3 eingeschoben. In dieser Ausführungsform füllt das Teilvolumen des Eisenkerns 2a den Schlitz nahezu aus, es ist allerdings links und rechts ein kleiner Spalt vorhanden, um das Einschieben zu ermöglichen. Die Spulenwicklungspakete 3 umschließen den Eisenkern 2 und das Stützrohr 3, wobei die Spulenwicklungspakete 10 zwei Lagen 11a aufweisen. Die Spulenwicklungspakete 10 werden vom Schutzrohr 13 umschlossen, wobei ein verbleibender Zwischenraum mit Füllmasse 14 ausgefüllt wird. Neben dem Eisenkern sind Kühlkanäle 20 angeordnet.
In Fig. 5 ist zusätzlich zu den Kühlkanälen 20 ein Kühlkanal im Eisenkern 21 vorhanden. Die hier dargestellte Anordnung der Kühlkanäle ist nur beispielhaft, es ist auch denkbar, dass nur die Kühlkanäle 20 oder nur die Kühlkanäle im Eisenkern 21 vorhanden sind.
Die Fig. 6 zeigt eine Rührrolle 30 für eine Stranggussanlage. Die Rührrolle 30 umfasst die Spulenwicklungsanordnung 1 und eine Rolle 31, welche einen durch die Stranggussanlage erzeugten Strang stützt. Die Spulenwicklungsanordnung 1 ist beidseitig in jeweils einem Lagerbock 36 - über die Befestigungsstummel 12 - fixiert. Die Rolle 31 ist beidseitig drehbar gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lager 35 im Lagerbock 36 angeordnet. Im Zwischenraum von der Spulenwicklungsanordnung 1 und der Rolle 31 bildet sich ein Kühlkanal 34 aus. Ein Kühlmittel kann durch einen Zufluss von Kühlmittel 32 zugeführt und durch einen Abfluss von Kühlmittel wieder abgeführt werden. Die elektrischen Kontakte 15 sind jeweils mit einem Spulenwicklungspaket 10 verbunden.
In Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Spulenwicklungspakete 10 dargestellt. Die Spulenwicklungspakete bestehen aus einer Lage 11a und einer Vielzahl von Windungen 11b. Durch die einlagige Ausführung ist eine besonders gute Abfuhr der Wärme nach außen zum Schutzrohr 13 oder der Isolierschicht 13a (nicht dargestellt) gewährleistet.
In Fig. 8 ist eine alternative Ausführungsform der Spulenwicklungspakete 10 dargestellt. Die Spulenwicklungspakete 10 weisen zwei Lagen 11a auf und jede Lage 11a weist eine Vielzahl von Windungen 11b auf.
In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Spulenwicklungsanordnung gezeigt. Der Eisenkern 2 mit einem Querschnitt und einer ersten Längserstreckung ist entlang der ersten Längserstreckung von mehreren Spulenwicklungspaketen 10u, 10v, 10w umschlossen. Die Spulenwicklungspakete der Phase u 10u weist eine größere Anzahl von Windungen 11b auf als das Spulenwicklungspaket der Phase v 10v und das Spulenwicklungspaket der Phase w 10w. Wie aus der Fig. 8 zu entnehmen ist, sind mit jeder der drei Phasen jeweils zwei Spulenwicklungspakete verbunden. Die Phase u und die Phase w sind jeweils mit einem Spulenwicklungspaket 10u, 10w verbunden, welches dem Befestigungsstummeln am nächstgelegenen ist. Diese mit den Phasen u und der Phase w verbundenen Spulenwicklungspakete 10u, 10w weisen eine höhere Windungszahl auf als die mit der Phase v verbundenen Spulenwicklungspakete 10v. Die jeweils mit den einzelnen Phasen u, v, w verbundenen Spulenwicklungspakete 10u, 10v, 10w sollen eine Windungszahl aufweisen, die eine nahezu gleiche Strombelastbarkeit aufweisen und nahezu die gleiche Induktivität. Für diese Ausführungsform gilt, dass die Anzahl der Spulenwicklungspakete ein Vielfaches von drei beträgt - bspw. drei, sechs, neun, zwölf, usw..
In Fig. 10 ist eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung. In dieser Anordnung weist nur die Phase u eine elektrische Verbindung mit Spulenwicklungspaketen 10u, welche der Stirnseiten des Eisenkerns 2 bzw. der Befestigungsstummel (nicht dargestellt) nächstgelegen sind, auf. Die mit der Phase u verbundenen Spulenwicklungspakete 10u weisen eine höhere Anzahl von Windungen auf als die mit der Phase v und der Phase w verbundenen Spulenwicklungspakete 10v, 10w.
In Fig. 11 sind vorteilhafte Ausführungsformen der Anschlusskontakte 15 als Draufsicht dargestellt. Der Platzbedarf am Befestigungsstummel 12, zum Anschließen von drei Phasen, ist gering. Einerseits muss gewährleistet sein, dass der benötigte Strom über die elektrischen Anschlusskontakte 15 geführt werden kann und andererseits eine sichere Befestigung erfolgen kann. Ein elektrisches Anschlusskabel wird in einem Kabelschuh 43 befestigt und mit einem Befestigungselement 42 - in dem vorliegenden Beispiel einer Mutter - satt an den elektrischen Anschlusskontakt 15 angepresst.
In Fig. 12 ist ein Grundriss und Aufriss der in Fig. 10 beschriebenen Anschlusskontakte schematisch dargestellt. Der Kabelschuh 43 wird mittels eines Befestigungselements (Mutter) 42 und einer Beilagscheibe 44 fest auf den Bolzenquerschnitt 40a angepresst. Der Befestigungsbolzen 41 weist einen Befestigungsbolzenquerschnitt 41a auf. Das Verhältnis von Bolzenquerschnitt 40a und Befestigungsbolzenquerschnitt 41a liegt in einer bevorzugten Ausführungsform im Verhältnis von 1,7 bis 4. Vorteilhafterweise ist der Bolzen 40 mit einem runden Querschnitt ausgeführt und der Befestigungsbolzen 41 weist ein Gewinde auf. Im Ausführungsfall des Bolzens 40 mit rundem Querschnitt liegt ein Bolzendurchmesser im Bereich von 14mm bis 20mm um die benötigten Ströme für die Spulenwicklungspakete übertragen zu können. Ein Verhältnis von Bolzendurchmesser zu Befestigungsbolzengewindedurchmesser - wobei hier der Nenngewindedurchmesser herangezogen wird - liegt zwischen 1,3 bis 2.
In der Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht eine elektrischen Anschlusskontaktes, mit dem Bolzen 40, dem Kabelschuh 43, der Beilagscheibe 44 und dem Befestigungselement 42 welches auf den Befestigungsbolzen 41 aufgeschraubt ist, dargestellt.
In Fig. 14 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche sich von jener in Fig. 12 dadurch unterscheidet, dass beidseitig vom Kabelschuh 43 eine Beilagscheibe 44 angebracht ist. Die Beilagscheibe 44 die auf dem Bolzen 40 aufliegt, kann auch mit dem Bolzen starr verbunden sein - beispielsweise indem diese an den Bolzen 40 angeschweißt ist. Es ist aber auch denkbar, dass anstatt der Beilagscheibe - welche am Bolzen aufliegt - eine Mutter auf den Bolzen oder den Befestigungsbolzen aufgeschraubt ist.
In Fig. 15 ist ein Stützrohr 3 mit einer Vielzahl von Schlitzen 4 dargestellt. Zwischen den Schlitzen 4 befinden sich die Stege 5. In die Schlitze 4 können die Teilvolumen des Eisenkerns eingeschoben werden.
In Fig. 16 ist ein Spulenwicklungspaket 10 mit einer Lage dargestellt. Typische Abmessungen der Windungen des Spulenwicklungspaketes 10 sind eine Breite von 3mm und eine Höhe von 12mm.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung gemäß den Ansprüchen zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1: Spulenwicklungsanordnung
2: Eisenkern
2a: Teilvolumen des Eisenkerns
2b: Restvolumen des Eisenkerns
3: Stützrohr
3a: Innenwand
3b: Außenwand
4: Schlitz
5: Stege
6a: Stirnseite
6b: Montageposition
10: Spulenwicklungspaket
10u: Spulenwicklungspakete der Phase u
10v: Spulenwicklungspakete der Phase v
10w: Spulenwicklungspakete der Phase w
11a: Lage
11b: Windungen
12: Befestigungsstummel
13a: Schutzschicht
13: Schutzrohr
14: Füllmasse
15: Elektrische Anschlusskontakte
20: Kühlkanal
21: Kühlkanal im Eisenkern
30: Rührrolle
31: Rolle
32: Zufluss für Kühlmittel
33: Abfluss für Kühlmittel
34: Kühlkanal
35: Lager
36: Lagerbock
40: Bolzen
40a: Bolzenquerschnitt
41: Befestigungsbolzenstummel
41a: Befestigungsbolzenstummelquerschnitt
42: Befestigungselement
43: Kabelschuh
44: Beilagscheibe
u: Phase u
v: Phase v
w: Phase w
L1: Erste Längserstreckung
L2: Zweite Längserstreckung
A: Querschnitt

Claims

Elektromagnetische Spulenanordnung für eine elektromagnetische Rührrolle einer Stranggussanlage umfassend einen Eisenkern (2) mit einem Eisenkernquerschnitt und einer ersten Längserstreckung (L1), und zumindest zwei Spulenwicklungspakte (10), zwei Befestigungsstummel (12), zumindest zwei elektrischen Anschlusskontakten (15), welche jeweils mit zumindest einem Spulenwicklungspaket (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- die zumindest zwei Spulenwicklungspakete (10) den Eisenkern (2), in Teilbereichen entlang der ersten Längserstreckung (L1), umschließen,

- wobei die Spulenwicklungspakete (10) aus maximal zwei übereinanderliegenden Lagen (11a), bevorzugt nur aus einer Lage (11a), sowie einer Vielzahl nebeneinander liegender Windungen (11b) bestehen,

- wobei die Spulenwicklungspakete (10) derart ausgestaltet sind, dass diese zur Montage von einer Stirnseite des Eisenkernes (2) bis zu einer vorgesehenen Montageposition aufschiebbar sind,

- wobei die einzelnen Windungen (11b) mit einem Isoliermaterial überzogen sind,

- wobei eine Schutzschicht (13a) die Spulenwicklungspakete (10) umschließt,

- wobei die Befestigungsstummeln (12) jeweils stirnseitig am Eisenkern (2) angeordnet sind.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (11b) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Abmessung der Windung (11b) in Radialrichtung größer ist als in Axialrichtung, bevorzugt ist ein Verhältnis der Abmessung in Axialrichtung zu der Abmessung in Radialrichtung in einem Bereich von 1/3 bis 1/8, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1/4 bis 1/6.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (2) Kühlkanäle (21) aufweist.
Elektromagnetische Spulenanordnung (1) nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (13a) ein Schutzrohr (13) mit Hohlquerschnitt ist, bevorzugt kreisringförmigem Querschnitt, die Spulenwicklungspakete (10) umschließt, wobei vorhandene Zwischenräume zwischen dem Schutzrohr (13) und den Spulenwicklungspaketen (10) mittels Füllmasse (14), ausgefüllt werden.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (14) eine Wärmeleitfähigkeit von größer $0, 1 \frac{W}{m K},$
bevorzugt größer $1 \frac{W}{m K},$
aufweist.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (2) in einem Stützrohr (3) mit einer zweiten Längserstreckung angeordnet ist.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Stützrohr (3) entlang der zweiten Längserstreckung (L2) zumindest einen Schlitz (4), insbesondere zumindest zwei, bevorzugt zumindest vier, besonders bevorzugt zumindest sechs, ganz besonders bevorzugt acht Schlitze (4), mit jeweils einer vorgegebenen Schlitzfläche aufweist und der Eisenkern (2) derart ausgebildet ist, dass jeweils ein Teilvolumen des Eisenkerns (2a) in diese Schlitze (4) eingeschoben werden kann, bevorzugt füllen das / die jeweilige / jeweiligen Teilvolumen des Eisenkerns (2a) die Schlitze (4) vollständig aus.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Stützrohrs (3) Kühlkanäle (20) neben dem Eisenkern (2) angeordnet sind.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzfläche rechteckig ist.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlusskontakte (15) einen Bolzen (40) mit einer Bolzenquerschnittsfläche (40a), welcher eine benötigte Energie an die Wicklungspakete übertragen kann, sowie einen Befestigungsbolzenstummel (41), mit einer Befestigungsquerschnittfläche (41a), aufweisen, wobei die Bolzenquerschnittsfläche (40a) und die Befestigungsquerschnittfläche (41a) ein Verhältnis von 1,7 bis 4 aufweisen.
Elektromagnetische Spulenanordnung nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils den Befestigungsstummeln (12) nächstgelegenen Spulenwicklungspakete (10) und alle mit diesen elektrisch verbundenen Spulenwicklungspakete (10) eine höhere Gesamtwindungszahl aufweisen als eine Gesamtwindungszahl aller anderen jeweils elektrisch miteinander verbundenen Spulenwicklungspakete (10).
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass diese drei elektrische Anschlusskontakte (15) aufweist und eine Anzahl von Spulenwicklungspaketen (10) aufweist, wobei die Anzahl einem Vielfachen von drei plus zwei entspricht und die jeweils dem Befestigungsstummel (12) nächstgelegenen Spulenwicklungspakete (10), eine kleinere Windungszahl aufweisen als die restlichen Spulenwicklungspakete (10) .
Elektromagnetische Spulenanordnung nach Anspruch 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass diese drei elektrische Anschlusskontakte (15) aufweist und Spulenwicklungspakete (10) mit einer Anzahl von zumindest drei oder ein Vielfaches von drei aufweist, wobei die jeweils den Befestigungsstummeln (41) nächstgelegenen Spulenwicklungspakete (10) eine größere Windungszahl aufweisen, als die restlichen Spulenwicklungspakete (10).
Elektromagnetische Rührrolle für eine Stranggussanlage zur Herstellung von Produkten mit großen Querschnitten, insbesondere Brammen umfassend:
- eine Rolle (31) mit kreisrundem Hohlquerschnitt welche beidseitig drehbar gelagert ist,

- einen Zufluss für Kühlmittel (32),

- einen Abfluss für Kühlmittel (33),
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Rolle (31) die elektromagnetische Spulenanordnung (1) nach Anspruch 1 -13 angeordnet ist und diese beidseitig an einem Lagerbock (36) fixiert ist, wobei zwischen Rohr (31) und Spulenanordnung (1) ein Kühlkanal (20) ausgebildet wird welcher mit dem Zufluss (31) und dem Abfluss (32) verbunden ist.
Elektromagnetische Rührrolle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (31) auf dem Lagerbock beidseitig drehbar gelagert ist.