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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet von Metall-Stranggießmaschinen,
die einen im Wesentlichen geraden oder flachen beweglichen Formhohlraum
(Formraum) aufweisen, wobei sich ein oder mehrere Gießbänder von
einem Einlauf in und entlang dem Formhohlraum zu dessen Auslauf
bewegen. Der Begriff „im
Wesentlichen flach" umfasst
hier eine solche leichte Längskrümmung, die
das Halten eines einzelnen gespannten, sich bewegenden Gießbands an
einem Haltemittel im beweglichen Formhohlraum unterstützen kann,
und ferner ein solche leichte Querkrümmung, die das Halten des Bands
in festem Kontakt mit der Oberfläche
des Metalls unterstützen
kann, das momentan im beweglichen Formhohlraum erstarrt.
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Hintergrund der Erfindung
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Gießbänder in
Stranggießmaschinen,
die zum Stranggießen
von geschmolzenem Metall dienen, werden aus einem geeigneten Wärme leitenden,
flexiblen, in der Technik bekannten Metallmaterial geformt, das
beispielweise eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,3 bis ungefähr 2 mm
hat. Ein solches Band umläuft
in einem ovalförmigen
Weg unter hohen Zugkräften
einen Bandträger.
Beim Stand der Technik wird jedes Band während des Umlaufs kontinuierlich
rings um eine rotierende Einlauf-Bandtrommel und eine rotierende
Auslauf-Bandtrommel geführt,
die am Ein- bzw. Auslaufende der beweglichen Gießform angeordnet sind.
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Ein
Dauerproblem beim Einsatz solcher Maschinen war die räumliche
Begrenzung längsseits der
Innenfläche
des Gießbands
nahe dem Einlaufbe reich des Formhohlraums, wo das geschmolzene Metall
zuerst das Band berührt,
während
sich das Band von der rotierenden Einlauf-Bandtrommel trennt. Diese
räumliche
Begrenzung ist in einer Seitenansicht erkennbar und tritt in Form
eines Scheitelpunkts auf, der zwischen einer Bandinnenfläche und einer
stromabwärtigen
Hälfte
der rotierenden Einlauf-Bandtrommel in einem Bereich definiert ist,
wo sich das bewegliche Band tangential von dieser Bandtrommel trennt.
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In
diesem räumlich
begrenzten „Scheitelpunktbereich" ist eine präzise Regelung
der Bandverzerrung wünschenswert,
da sich dort die Stelle befindet, wo die sehr heiße einlaufende
Metallschmelze das bewegliche Band zuerst berührt.
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Ein
Ersatz für
eine rotierende Einlauf-Bandtrommel wurde von Sivilotti et al. in
den US-Patenten 4,061,178 und 4,061,177 offenbart. Mehrere hydraulische „Schwimmrollen" definierten und
stützten
darin den Bandweg. Es wurde offenbart, dass bei diesen Rollen ein
absoluter Luftdruck (kleiner als Atmosphärendruck, also Teilvakuum)
verwendet wurde, um die Kühlflüssigkeit
von den Rollen fortzustoßen
und das Band fast gegen die Rollen zu drücken.
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Es
stellte sich heraus, dass die mit einem solchen Teilvakuum einhergehenden
Kräfte
nicht zur ausreichenden Stabilisierung von Gießbändern genügen, um das Gießen eines
hochwertigen Produkts zu gewährleisten.
Sivilotti offenbarte (im US-Patent 4,061,177, Spalte 19) ein auf
40 bis 70°C
vorgewärmtes
Kühlmittel,
das die Stabilisierung der Bänder
unterstützen
soll.
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Der
resultierende hohe Teildruck des aus heißem Wasser aufsteigenden Wasserdampfs
begrenzte aber das Teilvakuum, das gemäß Sivilotti et al. erzielbar
ist.
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Darüber hinaus
ist die Temperatur des Kühlmittels
bzw. Wassers selbst bei 70°C
zu niedrig für eine
angemessene Vorwärmung
des Bands, um das Gießen
eines hochwertigen Produkts sicherzustellen.
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Kühlmitteltemperaturen
von 55 bis 70°C
(131 bis 158°F)
stellen jedoch eine Verbrühungsgefahr
für das
Personal dar, wenn dieses heiße
Kühlmittel
außer
Kontrolle gerät,
beispielsweise durch ein defektes Band oder eine gebrochene Leitung.
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Demzufolge
löste die
in diesen Patenten offenbarte Einrichtung nicht die Probleme, ein
Gießband
in geeigneter Weise zu stabilisieren und das Geißen von hochwertigen Produkten
zu gewährleisten.
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Es
ist bekannt, dass man glatte feste Gegenstände sehr nahe an glatten festen
Oberflächen
mittels eines dazwischen fließenden,
unter Druck stehenden Fluids „treiben" lassen kann. Wenn
einer der Gegenstände
flexibel, beweglich und außerdem
gekrümmt
ist, entstehen allerdings gravierende Probleme wie beispielsweise
unerträgliche
Quietschgeräusche
und Bandschwingungen, wenn man versucht, Druckluft zum „Treiben" eines Gießbands zu
verwenden, das sich entlang einer gekrümmten, unbeweglichen Stützoberfläche bewegt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
wurde eine nicht-rotierende, befestigte, starre, konvexe, generell
zylindrisch gekrümmte Bandführungsvorrichtung
mit schwebendem „Luftpolster" entwickelt, die
weitaus weniger komplex ist als mehrere Rollen mit brühend heißem Kühlmittel und
Teilvakuum. Es wurde entdeckt, dass diese Luftpolstervorrichtung
so konzipiert werden kann, dass die obigen Probleme überwunden
oder im Wesentlichen verringert werden. Die hier offenbarte Luftpolstervorrichtung
ermöglicht,
dass ein endloses, dünnes,
flexibles Gießband
bei seinem Lauf in einer Stranggießmaschine umgelenkt, gekrümmt oder
gedreht werden kann, während
zugleich der Raum verfügbar
ist, der vorher bei den meisten Bandmaschinen durch die stromabwärtige Hälfte der
rotierenden Einlauf-Bandtrommel
belegt war. Der so eingesparte Raum steht in diesem kritischen Bereich,
der den vorstehend definierten „Scheitelpunktbereich" umfasst, wo geschmolzenes
Metall das Gießband
zuerst berührt,
für eine
bessere Bandkühlung
und die zu verwendende Stützanordnung
zur Verfügung.
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Bei
einer bevorzugten Betriebsart der Erfindung wird schwebende Luft
(oder ein anderes Gas) mit geregeltem Druck und Volumen in einen
oder mehrere schmale, halb abgedichtete Räume zwischen der beweglichen
gekrümmten
Innenfläche
eines Gießbands
und der konvex gekrümmten,
generell zylindrischen Luftpolstervorrichtung eingeführt, wodurch
das Gießband
bei nur mini maler Reibung in seinem normalen Weg umlaufen kann.
Ferner und vorteilhafterweise kann beim Betrieb eine normale Bandspannung
an das Band angelegt werden.
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Die
Vorwärmung
eines Gießbands
regelt die thermisch bedingten Spannungen im Band und hält das Band
dadurch flach, so dass die erstarrende Metallschmelze, die kontinuierlich
gegossen wird, vor Störung
durch unvorhersehbare, plötzliche
Verzerrungen geschützt
ist, die sonst wegen thermisch bedingter Spannungen in dem Band
an der Stelle einträten,
wo das Band an heißes
Metall angrenzt. Die Bandvorwärmung
ermöglicht
das Gießen
hochwertiger Produkte. Die Vorwärmung
des Bands wird in mehreren US-Patenten offenbart, die dem Anmelder der
vorliegenden Patentanmeldung erteilt wurden.
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Das
Fließen
von unter Raumtemperatur stehender Druckluft gegen ein vorgewärmtes Band
verändert
kaum dessen Vorwärmung.
Andererseits würde
der Kontakt einer heißen
Schmelze beispielsweise mit einem unter Raumtemperatur stehenden
Kühlmittel
die Bandtemperatur wesentlich reduzieren, wo ein solches Kühlmittel
das Band berührt.
Die trockene Bandvorwärmung – beispielsweise
durch Strahlungsheizung – wird
durch Anwendung der vorliegenden Erfindung vereinfacht. Zu den Vorteilen
der Verwendung der trockenen Vorwärmung zählen diejenigen, die sich daraus
ergeben, dass der Einsatz eines gefährlichen, brühend heißen, vorgewärmten Kühlmittels – wie beispielsweise
in den oben erörterten US-Patenten
4,061,178 und 4,061,177 – vermieden wird.
Darüber
hinaus sättigt
der Einsatz von heißem Wasser
in einem Raum, in dem sich eine Gießmaschine befindet, die Umgebungsluft
mit Wasserdampf. Diese Luftfeuchtigkeit kann in Form von Tröpfchen auf
Gießbändern kondensieren
und kleine Explosionen verursachen, wo solche Tröpfchen auf das geschmolzene
Metall treffen. Ferner beeinträchtigt
die hohe Feuchtigkeit nahe einer Gießmaschine das Personal bei
der Durchführung
seiner Arbeiten, die Aufmerksamkeit und fortwährende Sorgfältigkeit mit
schnellen und qualifizierten Reaktionen erfordern, die zur Kontrolle
der Parameter des laufenden Stranggießens notwendig sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Andere
Ziele, Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungen
besser verstanden, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
in Betracht gezogen werden, wobei die Zeichnungen zur Veranschaulichung
und nicht unbedingt maßstabs- oder
ausrichtungsgetreu dargestellt sind und nicht die Erfindung einschränken sollen.
Große
hervorgehobene Pfeile zeigen in Längsrichtung (von stromaufwärts nach
stromabwärts) „stromabwärts" und geben die Richtung
des Produktflusses vom Einlauf zum Auslauf der Stranggießmaschine
wieder. Es zeigen:
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1:
eine Seitenansicht einer Doppelband-Metall-Stranggießmaschine
von deren Außenseite
als veranschaulichendes Beispiel einer Stranggießmaschine, bei der die vorliegende
Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann; die die Erfindung verkörpernde
Luftpolstervorrichtung ist im Einlaufbereich in einem oberen Bandträger und
ferner in einem unteren Bandträger
dargestellt;
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2:
eine perspektivische Ansicht einer Luftpolstervorrichtung mit isolierten
Vertiefungen, in stromabwärtiger
Richtung gesehen; die Luftpolstervorrichtung ist in der Ausrichtung
dargestellt, die sie in 1 hat, wobei diese Vorrichtung
in einem Einlaufbereich eines oberen oder unteren Bandträgers angebracht
ist;
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3:
eine 2 ähnliche
Ansicht, wobei 3 aber eine Luftpolstervorrichtung
mit isolierten Vertiefungen darstellt, die umlaufende Luft drosselnde
Barrieren aufweist;
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4:
eine vergrößerte Darstellung
eines Endabschnitts der Luftpolstervorrichtung mit isolierten Vertiefungen,
von der Position 4-4 in 3 aus gesehen;
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5:
eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht
einer oberen und einer unteren Luftpolstervorrichtung mit isolierten
Vertiefungen mit den jeweiligen sich bewegenden Gießbändern im
Einlaufbereich einer Doppelband-Stranggießmaschine wie der in 1 abgebildeten;
der Abschnittsbereich von 5 ist in 4 bei
5-5 dargestellt;
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6:
eine stark vergrößerte Teilperspektiv- und
Schnittdarstellung eines Abschnitts der Luftpolstervorrichtung mit
isolierten Vertiefungen aus der Sicht der Position 6-6 von 4,
diagonal stromaufwärts
von einer erhöhten
Sichtposition aus gesehen; es sind zwei Ausführungen von feinen, Druck ausbreitenden
Aussparungen in einer Außenseite
einer umlaufenden Dichtung dargestellt;
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7:
eine 6 ähnliche
Darstellung, wobei 7 aber einen Abschnitt der Luftpolstervorrichtung
mit isolierten Plateaus zeigt;
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8:
eine 5 ähnliche
Darstellung, wobei 8 jedoch eine obere und eine
untere Luftpolstervorrichtung mit isolierten Plateaus mit den jeweiligen
sich bewegenden Gießbändern zeigt;
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9:
eine weitere Vergrößerung des
in 5 dargestellten Einlaufbereichs; 9 zeigt
eine abnehmende Krümmung
(größere Radien)
von Übergangskurven,
die durch die den Bandweg bestimmende Form der Luftpolstervorrichtungen
gebildet werden, die die beweglichen Bänder in die bewegliche Gießform führen;
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10:
eine vergrößerte Teilquerschnittsdarstellung,
die eine gekrümmte
Umlenkfläche
zeigt, die einen anfangs sehr schnellen Strom des flüssigen Kühlmittels
umlenkt, um ihn stromabwärts
entlang dem unteren Band fließen
zu lassen;
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11:
eine Darstellung von ineinander geschachtelten Halterollen, von
der Position 11-11 in 10 und 12 aus
gesehen; diese ineinander geschachtelten Halterollen haben magnetisierte
Rippen mit abwechselnden N-, S-, N-, S-Polaritäten (offenbart und beansprucht
im US-Patent 5,728,036);
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12:
eine 10 ähnliche
Darstellung, wobei eine modifizierte Ausführung der Vorrichtung von 5 mehrere
Düsen (nur
eine Düse
ist dargestellt) umfasst, um einen anfangs sehr schnellen stromabwärtigen Strom
des flüssigen
Kühlmittels
auf das untere Band fließen
zu lassen;
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13:
eine 3 ähnliche
Darstellung, außer
dass bei dieser Modifikation die isolierten Vertiefungen als längliche,
halbkreisförmige
Vertiefungen konfiguriert sind, die sich parallel zur Richtung des Bandwegs
erstrecken; und
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14:
eine 13 ähnliche
Darstellung, außer
dass bei dieser Modifikation eine Luftdüse in einen vereinten Schwebebereich
der ganzen Luftpolstervorrichtung führt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungen
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Diese
Beschreibung geht unter Bezugnahme auf Doppelband-Gießmaschinen
weiter, die normalerweise einen oberen und einen unteren Träger haben,
um ein oberes und unteres Band umlaufen zu lassen. Die umlaufenden
Bänder
definieren zwischen sich einen beweglichen Formhohlraum (Formraum). Die
Bänder
bewegen sich vom Einlauf in den und entlang dem Formhohlraum zum
Auslauf hin. Die Bänder
tragen und begrenzen zwischen sich die einströmende heiße Metallschmelze und kühlen und
begrenzen die resultierende erstarrende Metallschmelze, um ein verfestigtes
Metallprodukt zu bilden, das aus dem Auslauf herausgeführt wird.
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Bei
einer Doppelband-Gießmaschine
ist der Durchlaufweg (der Weg, dem das erstarrende Metall folgt,
das die Gießform
M füllt)
normalerweise gerade. Bei einer Einzelband-Gießmaschine (hier nicht beschrieben)
kann der Durchlaufweg von der Seite gesehen ein leicht gekrümmter, konvexer
Weg sein.
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Die
hier gebrauchten Begriffe „zylindrische Oberfläche", „zylindrische
Form", „zylinderförmig", „zylindrisch" und „Zylinder" sind allgemein so
aufzufassen, dass sie zylindrische Oberflächen mit kreisförmiger Krümmung sowie
zylindrische Oberflächen mit
einer konvexen Krümmung
umfassen, die sich von der kreisförmigen unterscheidet.
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1 zeigt
eine Doppelband-Gießmaschine 20 von
ihrer Außenseite.
Der untere und der obere Träger
sind mit L und U gekennzeichnet. Das geschmolzene Metall wird durch
eine in der Technik bekannte Metallschmelze-Zufuhreinrichtung (nicht dargestellt)
in das Einlaufende 22 des beweglichen Formhohlraums (Formraums)
M (1, 5, 8, 9)
eingebracht. Dieses Einführen
des geschmolzenen Metalls ist schematisch durch einen großen offenen
Pfeil 24 auf der linken Seite dargestelt. Das in 1 rechts
dargestellte Stranggießprodukt
P tritt aus dem Auslaufende des beweglichen Formhohlraums M aus
(Pfeil 26).
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Die
Unterseite und die Oberseite des beweglichen Formhohlraums M grenzen
an das umlaufende untere bzw. obere endlose, flexible, dünne, metallische,
Wärme leitende
Gießband 28 bzw. 30 an.
Diese Bänder
werden an ihren Innenflächen
durch ein schnell fließendes
flüssiges
Kühlmittel
(normalerweise Wasser) gekühlt.
Die zwei seitlichen Seiten des beweglichen Formhohlraums M grenzen
an zwei umlaufende Dammränder 32 an,
die in der Technik bekannt sind. 1 zeigt
einen Dammrand, der durch eine sichelförmige Konfiguration von Rollen 33 in
den Einlauf 22 geführt
wird. Das obere Band 28 wird von einer drehbar angetriebenen
oberen Auslauf-Bandtrommel 34 bewegt (durch den Pfeil 36 gekennzeichnet),
die über
dem Auslaufende (stromabwärtigen Ende)
des beweglichen Formhohlraums angeordnet ist. Das untere Band 30 und
die Dammränder 32 werden
von einer drehbar angetriebenen unteren Auslauf-Bandtrommel 38 bewegt
(durch den Pfeil 37 gekennzeichnet), die unter dem Auslaufende
des beweglichen Formhohlraums M angeordnet ist. Weitere Informationen,
die solche Doppelband-Gießmaschinen
betreffen, sind in den Patenten von Hazelett et al. dargelegt.
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Am
Einlaufende der Gießmaschine
drehen sich das obere Gießband 28 und
das untere Gießband 30 um
eine obere nicht-rotierende, befestigte, starre, konvex gekrümmte, zylindrische
bandhebende Luftpolstervorrichtung 40 bzw. um eine ähnliche untere
Luftpolstervorrichtung 42. Jede Luftpolstervorrichtung 40 und 42 umfasst
eine Luftpolsterschale 44, die ein geometrischer Sektor
einer zylinderförmigen Schale
ist. Jede Schale 44 ist mit mindestens einer und bei den
meisten Ausführungen
der Erfindung mehreren Luftdüsenbohrungen 87 durchlöchert, die sich
in Düsenkörpern 85 befinden
(5, 8, 9, 10 und 12).
Der eingeschlossene Winkel „A" (1),
der von dem geometrischen Schalensektor 44 umfasst (umspannt)
wird, ist der Winkel A der Führung
eines Gießbands.
Der Winkel A kann im Bereich von einigen Grad bis ungefähr 270 Grad
liegen. Dieser Schalensektor A ist in 1 mit ungefähr 180° dargestellt.
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Die
Luftpolsterschalen 44 und ihre rückseitigen Versteifungsteile 46 (1, 5 und 8) sowie
die Stirnwände 48 (2, 3)
bestehen außer
den korrosionsbeständigen
Materialien, die für den
Transport des Kühlmittels
verwendet werden, aus Maschinenbaustahl-Platten und werden durch Schweißen zusammengebaut.
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Der
von der Sektorschale 44, dem rückseitigen Versteifungswandteil 46 und
den Stirnwänden 48 umschlossene
Raum umfasst eine Luftkammer 52, die – wie noch beschrieben wird – zur Verteilung 53 von
Luft (Gas) dient (siehe 1, 5, 8, 9, 10 und 12).
Der manuelle Zugriff auf diese Luftkammer wird durch Zugangsöffnungen
in jeder Stirnwand ermöglicht,
die normalerweise durch Abdeckungen 55 (1, 2, 3, 13 und 14)
verschlossen sind. Montageansätze 50,
die von den gegenüberliegenden
Enden der Luftkammer 52 überstehen, sind an einer Strebe 57 befestigt,
die die Stirnwand 48 absteift. Der hier verwendete Begriff „Luft" gilt für ein gasförmiges,
schwebendes Mittel und soll normale Luft und Bestandteile von normaler Luft
wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder Helium oder
irgendein anderes Gas oder Gasgemisch umfassen, das zur Verwendung
als schwebendes Mittel geeignet ist.
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Bei
den dargestellten Ausführungen
der Erfindung wird Druckluft 53, 53' als anhebendes Mittel für das obere
und untere Gießband 28, 30 eingesetzt. Dieses
anhebende Mittel nimmt das jeweilige Band in Eingriff, während dieses
sich entlang einem gekrümmten
Weg in umhüllter, „treibender" Beziehung über die
obere bzw. untere Luftpolstervorrichtung 40 bzw. 42 hinaus
bewegt. Das sich bewegende Band wird in „treibender" Beziehung geführt und
dabei von Druckluft gestützt
(angehoben). Die Druckluft 53 wird durch eine geeignete
Rohr- oder Schlauchverbindung 51 in die Luftkammer 52 geleitet
(1). Diese Druckluft strömt (in 5, 8, 9, 10 und 12 durch
die Pfeile 53 dargestellt) von der Luftkammer in mehrere
Vorraumkanäle 88,
die in die Schale 44 eingebohrt sind. Diese Kanäle 88 führen in die
Düsenkörper 85 mit
fest drosselnden Luftdüsenbohrungen 87,
die die schwebende Luft 53' in
geregelter anhebender Beziehung zu dem sich bewegenden Gießband 28 bzw. 30 ausströmen lassen.
Die Länge
der Luftdüsenbohrungen 87 beträgt bei einer neuen
Ausführung
der Erfindung ungefähr
19 mm. Die Auswahl eines geeigneten Durchmessers der Düsenbohrungen 87 hängt von
den verschiedenen Ausführungen
ab, die später
beschrieben werden, und liegt im Bereich von ungefähr 0,4 bis
15 mm. Der Durchmesser der Luftdüsenbohrungen 87 bei
der in 15 dargestellten Ausführung beträgt 1,15
mm.
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Jede
Erwähnung
des Luftdrucks bezieht sich von nun an auf den „Überdruck", d.h. den Druck in Bezug auf den Atmosphärendruck,
der als Null gilt. Der Druck der über den Lufteinlass 51 (1)
in die Luftkammer 52 geleiteten Druckluft 53 beträgt ungefähr 850 kP
bzw. ungefähr
8,5 bar [entspricht ungefähr
120 bis 130 psi (Pfund pro Quadratzoll)] und ist im Allgemeinen
in Industrieanlagen verfügbar.
Sobald der Luftstrom 53 durch die Vorräume 88 und die drosselnden
Luftdüsenbohrungen 87 geflossen
ist, hat die resultierende bandhebende Luft 53' in einem Bandschwebebereich,
der sich zwischen der Luftpolsterschale 44 und der konkaven,
zylindrisch gekrümmten
Innenfläche
des sich bewegenden, angehobenen Gießbands 28 oder 30 befindet,
einen durchschnittlichen Druck von beispielsweise ungefähr 425 kP
bzw. ungefähr
4,25 bar (ungefähr
60 bis 65 psi), wie es unten noch beschrieben wird. Die 2 bis 6, 9 und 12 zeigen,
dass die Luftdüsenbohrungen 87 die
schwebende Luft 53' in die
Mitte jeder flachen Vertiefung 80 führen. Die 7, 8 und 10 zeigen,
dass die Luftdüsenbohrungen 87 die
schwebende Luft 53' zuführen, die sich
von der Mitte jedes erhabenen Plateaus 100 aus ausbreitet.
Die Dicke der hier dargestellten endlosen Gießbänder 28 und 30 beträgt ungefähr 1,2 mm
(ungefähr
0,046'' bis ungefähr 0,048'').
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Die
in 1 dargestellten Luftpolsterschalen 44 haben
einen Radius R1 (5, 8 und 9) von
ungefähr
305 mm (ungefähr
12''), wobei jede Schale 44 einen
eingeschlossenen Winkel A (1) von ungefähr 180° umfasst
(umspannt). Wird eine Luftpolstervorrichtung mit 610 mm Durchmesser
in einer wie beispielsweise in 1 dargestellten
Maschine verwendet, beträgt
die Kraft, die durch die schwebende Luft 53' der Luftpolstervorrichtung 40 und 42 in
paralleler Richtung zur Gießform
M – d.h. parallel
zum erstarrenden Produkt P – auf
jede der zwei Reichweiten jedes Gießbands wirkt, ungefähr 125 N
pro Millimeter Bandbreite. Diese Kraft führt zu einer Zugspannung von
ungefähr
10.000 N pro Quadratzentimeter Querschnitt des Gießbands 28 bzw. 30.
Diese Zug spannung gleicht annähernd
der dem Stand der Technik entsprechenden Betriebspraxis.
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Die
Kraft, die durch den Druck der schwebenden Luft 53' auf den Bereich
ausgeübt
wird, in dem diese die gekrümmten
Innenflächen
der Gießbänder 28, 30 berührt, wird
normalerweise so eingestellt, dass sie eine stromaufwärts gerichtete
Gesamt-Kraftkomponente bereitstellt, die etwas kleiner als die tatsächlichen
Gesamtzugkräfte
ist oder diesen gleicht, die in Stromabwärtsrichtung durch das Band 28 bzw. 30 ausgeübt werden,
das auf seine jeweilige Luftpolstervorrichtung 40 bzw. 42 wirkt.
Dies bedeutet, dass die stromaufwärts gerichtete Gesamt-Kraftkomponente
vorzugsweise zwischen ungefähr
99 und 100% der tatsächlichen
Gesamt-Bandzugkräfte
oder mindestens 90% beträgt.
Demzufolge kann das Gießband 28, 30 an
den Luftpolsterschalen 44 gleiten, wenn auch nur gering.
Die Berührung
des sich bewegenden Gießbands
mit den konvexen bandführenden
Randflächen
einer Luftpolsterschale wird fast oder ganz eliminiert. Nennenswerte
instabile Bewegungen des Gießbands
in irgendeiner Richtung können
dadurch verhindert werden, dass an den Halbabdichtungen, beispielsweise
den umlaufenden Dichtungen 90 und 90' in 4, 5 und 8 oder
an der Dichtung 82 in 9, ein geringer
Gleitkontakt erhalten bleibt. Es versteht sich, dass der Druck der
schwebenden Luft 53' während des Stranggießbetriebs
etwas erhöht
werden kann, um so den Abrieb der Arbeitsfläche an der Innenfläche des
sich bewegenden Bands zu minimieren; dieser Druck kann auch etwas
verringert werden, um so beginnende instabile Schwingungsbewegungen
oder Geräusche
zu reduzieren. Die hier gebrauchten Begriffe „schweben", „schwebend" oder „angehoben" umfassen diese Situation,
in der die Reibung verringert ist, aber noch etwas Berührung und
leichte Reibung erhalten bleibt.
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Es
wurde herausgefunden, dass die beschriebenen Luftpolstervorrichtungen
einen leisen Betrieb der sich bewegenden gekrümmten, flexiblen Gießbänder erlaubt,
die unter einer Zugspannung laufen, die den üblichen Methoden des Stands
der Technik annähernd
gleicht.
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Ausführungen mit isolierten Vertiefungen
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Die
Erfindung wird im Wesentlichen durch zwei komplementäre Ausführungsformen
verkörpert. Bei
den Ausführungen
der ersten Form wird eine Anordnung von mehreren breiten, isolierten,
halbdichten, flachen Vertiefungen 80 verwendet, die auf
der konvexen Außenfläche der
zylinderförmigen
Luftpolsterschale 44 ausgebildet sind (2 bis 6, 9).
Diese flachen Vertiefungen 80 machen einen Hauptteil der
bandhebenden Gesamtfläche
der Luftpolsterschale 44 aus. Die dargestellten flachen
Vertiefungen haben eine rechteckige Konfiguration, die fast quadratisch
ist. Diese flachen Vertiefungen 80 sind angrenzend an und
definiert durch ein halb abdichtendes Gitter dargestellt, d.h. ein
Luft drosselndes Barrieregitter 82 wie in 2 bis 6 und 9.
Würde man
dieses zylinderförmige
Gitter flach legen, wäre
es ein rechteckiges Gitter. Die Außenfläche des Gitters 82 bildet
bandstützende,
den Bandweg führende,
konvexe Randarbeitsflächen (Oberflächen) 82' der zylinderförmigen Luftpolsterschale 44.
Man kann das dargestellte Gitter 82 allgemein so beschreiben,
dass es eine Anordnung von Luft drosselnden Flächen (Oberflächen) 82' definiert und
ausmacht, die mehrere rechteckige, anhebende, flache Vertiefungen
umschreiben.
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Wenn
das Gitter 82 von einem Gießband umgeben ist (wie in 1, 5 und 9),
definiert es mit der konkaven, zylindrisch gekrümmten Bandinnenfläche flache
Hohlräume 80,
die unter die Randarbeitsflächen 82' der halbzylindrischen
Luftpolsterschale 44 vertieft sind. Das Gitter 82 und
seine konvexen Randarbeitsflächen 82' können als
Einheit mit der Luftpolsterschale 44 ausgebildet sein (2, 3 und 4).
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Bei
einer bevorzugten Konstruktion besteht das Gitter 82 jedoch
aus einem flexiblen Material, beispielsweise einem glatten Kunststoffmaterial,
das abnehmbar an der Luftpolsterschale 44 befestigt ist. Dieses
Gitter 82 wird entweder als monolithisches Netz länglicher
Elemente ausgebildet – wobei
dieses Netz aus einer Platte eines geeigneten glatten Kunststoffmaterials
ausgefräst
oder ausgestanzt wird – oder
alternativ dadurch geformt, dass mehrere separate, längliche
Streifen eines geeigneten Kunststoffmaterials zusammengesetzt werden.
Unabhängig davon,
ob das Gitter 82 monolithisch oder aus mehreren Streifen
zusammengesetzt ist: das flexible Material, aus dem es besteht,
ist vorzugsweise dauerhaft verschleißfest, wenn es dem fortwährenden Gleitkontakt
mit einem sich bewegenden Gießband 28 bzw. 30 ausgesetzt
wird. Das gegenwärtig
bevorzugte glatte Kunststoffmaterial zur Herstellung des Gitters 82 ist
PTFE (Polytetrafluorethylen), das von DuPont unter dem Warenzeichen „Teflon" vermarktet wird.
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Das
monolithische Gitter bzw. die einzelnen Streifen 82 passen
vorzugsweise in genau entsprechende Aussparungen 83 (werden
dort untergebracht), die in die Außenfläche jeder Luftpolsterschale 44 eingearbeitet
sind. Das in den Aussparungen 83 aufgenommene Gitter 82 wird
schließlich
durch Schrauben 89 (5, 6 und 9)
und das umgebende Gießband
(siehe 1, 5 und 9) festgehalten.
Die Tiefe der Aussparungen 83 ist so beschaffen, dass die
Randarbeitsflächen 82' eines monolithischen
Gitters 82 (oder einer äquivalenten Gruppe
einzelner Streifen) um eine kleine radiale Höhe „h" (6) im Bereich
zwischen ungefähr
25 μm und
2,5 mm über
den Boden jeder so ausgebildeten isolierten, hebenden, halb abgedichteten,
flachen Vertiefung 80 überstehen.
Diese radiale Überstandsgröße „h" bildet die resultierende
Tiefe jeder flachen Vertiefung 80 in zusammengesetztem
Zustand.
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Wenn
die Schale 44 als integrierte Konstruktion einer Schale 44 zusammen
mit ihren Halbabdichtungen, die durch das Luft drosselnde Gitter 82 bereitgestellt
werden, gefertigt ist, dann ist die Größe h die Höhe vom Boden jeder flachen
eingearbeiteten Vertiefung 80 zu den bandführenden
Randarbeitsflächen 82' dieses integrierten
Gitters. 2 soll eine integrierte Konstruktion
des Gitters 82 und der Schale 44 veranschaulichen
und ferner ein durch ein Netz (oder einzelne Streifen) gebildetes
Gitter 82 darstellen, das in Aussparungen (in 2 nicht
dargestellt) der Schale 44 untergebracht ist.
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Die
Arbeitsflächen 82' des Gitters 82,
die mit der Innenfläche
eines sich bewegenden Gießbands zusammenwirken,
bilden ein Netz von Luft drosselnden Wegen (halb abdichtenden Wegen)
für das
Entweichen der bandhebenden Druckluft 53' aus jeder flachen Vertiefung 80.
Dieses Entweichen der bandhebenden Luft 53' aus den flachen bandhebenden Vertiefungen 80 dient
vorteilhafterweise dazu, den Druck in jeder Vertiefung von den Drücken in
benachbarten Vertiefungen zu isolieren, da die entweichende Luft
zu Bereichen mit nied rigerem Druck strömt und Bereiche mit höherem Druck
vermeidet. Demnach wirkt jede hebende Vertiefung 80 als
isolierter, bandhebender Bereich, der etwas unabhängig von den
anderen isolierten Vertiefungen 80 arbeitet, wodurch Rückkopplungseffekte
zwischen Luftdrücken in
benachbarten bandhebenden Bereichen und somit entstehende Quietschgeräusche und
Bandschwingungen vermieden werden.
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Die
kombinierte Gesamtheit der sich daraus ergebenden Mehrzahl einzelner,
etwas unabhängiger,
etwas isolierter bandhebender Kräfte
(die auf die Innenfläche
eines darüber
liegenden, sich bewegenden Bands wirken, das die Luftpolsterschale 44 umgibt),
die durch den Druck der schwebenden Luft 53' in den mehreren flachen Vertiefungen 80 entstehen, bildet
eine im Wesentlichen gleichmäßige stromaufwärts gerichtete,
lufthebende Kraft auf das sich bewegende Band, die (wie bereits
beschrieben wurde) mindestens ungefähr 90% der tatsächlichen
Gesamtzugkräfte
in dem zugeordneten umlaufenden Band beträgt, wobei eine geringe (falls überhaupt)
stromaufwärts
gerichtete Kraft an einem sich bewegenden Band verbleibt, die sich
aus einem geringfügigen
mechanischen Kontakt zwischen einem sich bewegenden Band und Abschnitten
der Luftpolstervorrichtung ergibt.
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Es
ist dargestellt, wie eine einzelne Luftdüsenbohrung 87 mit
der Mitte des Bodens jeder flachen Vertiefung 80 in Verbindung
steht, um die bandhebende Luft 53' in die Vertiefung zu führen. Wie oben
erklärt
wurde, ist jede flache Vertiefung halb durch die Innenfläche des
die Luftpolsterschale 44 umgebenden Bands abgedichtet,
dessen Innenfläche
auch sehr nahe an die Arbeitsflächen 82' angrenzt oder
etwas daran gleitet. Die bandhebende Druckluft entweicht (d.h. wird
abgelassen) kontinuierlich in die Atmosphäre, indem sie über die
und entlang den Arbeitsflächen 82' des Gitters 82 strömt (5, 6, 9 und 12).
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Ausführungen
mit isolierten Plateaus
-
Ausführungen
der zweiten Form der Erfindung haben eine Anordnung von breiten,
isolierten, Luft drosselnden, hebenden „Plateaus" 100 (7 und 8 sowie 10),
die an der Außenseite
der Luftpolstervorrichtung 44 angeordnet sind. Die isolierten
Plateaus 100 sind durch Aussparungen (Kanäle) 102 definiert
und grenzen daran an, wobei die Aussparungen die Wege für das Entweichen
(Auslassen) der Luft bilden. Insgesamt betrachtet haben die Ausführungen
der zweiten Form umgekehrte radiale Beziehungen im Vergleich zu
den radialen Beziehungen der Ausführungen der ersten Form, was
aus einem Vergleich der 7, 8 und 10 mit
den 5, 6, 9 und 12 hervorgeht.
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Die
isolierten rechteckigen Plateaus 100 haben konvexe Randflächen (Oberflächen) 100'. Diese Oberflächen 100' sind bandstützende,
führende,
konvexe Randarbeitsflächen
der zylinderförmigen
Luftpolsterschale 44 (7, 8 und 10).
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Die
Plateaus 100 und ihre Arbeitsflächen 100' können als
Einheit mit der Luftpolsterschale 44 ausgebildet sein (siehe 7),
außer
dass bei einer integrierten Konstruktion keine Schrauben 109 vorhanden
sind. Bei einer bevorzugten Konstruktion bestehen die einzelnen
Plateaus 100 allerdings aus einem flexiblen Material wie
beispielsweise einem Kunststoffmaterial, das dauerhaft verschleißfest ist, wenn
es dem fortwährenden
Kontakt mit einem sich bewegenden Gießband 28 oder 30 ausgesetzt
wird – z.B.
das oben beschriebene gegenwärtig
bevorzugte glatte Kunststoffmaterial. Diese einzelnen rechteckigen
Plateaus 100 passen vorzugsweise in genau entsprechende
Vertiefungen 101 (werden dort untergebracht) (8 und 10),
die in die Außenfläche jeder
Luftpolsterschale 44 eingearbeitet sind. Die in ihren Aussparungen 101 aufgenommenen
einzelnen Plateaus 100 werden schließlich durch die Schrauben 109 (7)
und das umgebende Gießband
(siehe 1, 8 und 10) festgehalten.
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Die
schwebende Luft 53' ist
so dargestellt, dass sie aus der Mitte jeder Arbeitsfläche 100' ausströmt und durch
einen Düsenkörper 85 (8, 10)
zugeführt
wird, der eine Luftdüsenbohrung 87 aufweist.
Die Plateau-Arbeitsflächen 100' sind in rechteckiger
Anordnung dargestellt. Diese Arbeitsflächen haben die Funktion, bandhebende
Bereiche zum Stützen
der bandhebenden Druckluft 53' zu bilden und halb abzudichten,
wobei sie in Zuordnung zu der Innenfläche eines darüber befindlichen
Bands wirken, d.h. eine den Luftstrom drosselnde Funktion haben.
Jede Plateau-Arbeitsfläche 100' bildet eine Halbabdichtung,
die gegen die bewegliche Innenfläche
des darüber
liegenden Gießbands 28 bzw. 30 wirkt.
Die schwebende Luft 53' tritt
daher aus jeder Luftdüsenbohrung 87 aus
und entweicht als sehr schmaler Film, der von der mittigen Luftdüse aus nach
außen über jede
Arbeitsfläche 100' fließt. Die nach
außen
strömende
bandhebende Druckluft 53' macht
einen geschwindigkeitsbedingten Reibdruckverlust mit, d.h. sie wird
gedrosselt, während
sie über jede
Oberfläche 100' nach außen strömt; diese
entweichende Luft gleitet in das System bzw. Netz der Luft auslassenden
Aussparungen 102, weshalb sie zur Atmosphäre zurückkehrt,
wenn sie die Ränder der
Luftpolsterschalen 44 erreicht. Die Ausführungen der
Erfindung mit isolierten Plateaus arbeiten nur dann gut, wenn das
Band größtenteils
frei von Unregelmäßigkeiten
in der Oberflächenform
oder Ebenheit ist.
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Sowohl
die Ausführungen
der ersten Form der Erfindung, die isolierte flache Vertiefungen 80 umfasst,
als auch die Ausführungen
der zweiten Form der Erfindung, die isolierte Plateaus 100 umfasst,
können
zusammengenommen als Anordnung isolierter bandhebender Bereiche
mit dazwischen verlaufenden Wegen zum Entweichen der Luft charakterisiert
werden.
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Ausführungen
mit Übergangskurven
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In 5 und 8 ist
der Radius R1 als Radius der Randarbeitsflächen 82' und 100' der jeweiligen
Luftpolsterschalen 44 dargestellt, die isolierte Vertiefungen 80 bzw.
isolierte Plateaus 100 aufweisen. Diese Arbeitsflächen 82' und 100' entsprechen demnach
einer kreisförmigen
zylindrischen Oberfläche
und simulieren somit die stromaufwärtige Hälfte der Außenfläche einer rotierenden Bandtrommel.
Die Punkte 91 in 5 und 8 am
Einlauf 22 der beweglichen Gießform M befinden sich an den
stromabwärtigen
Rändern
der Randrichtungen 90'.
Diese Punkte 91 sind Tangentenpunkte, an denen die sich bewegenden
Bänder 28 und 30 theoretisch
von der kreisförmigen
zylindrischen in die gerade ebene Konfiguration gekrümmt (gebogen)
werden und sich in beabstandeter, paralleler Beziehung bewegen,
wobei sie zwischen sich die bewegliche Gießform M definieren.
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In
Anbetracht der für
ein Gießband
mit normaler Dicke und Elastizität
gegebenen Zwänge
ereignet sich in der Tat kein solches abruptes Biegen eines Bands
von einer kreisförmigen
zylindrischen Konfiguration der Randarbeitsfläche einer Luftpolsterschale 44 zu
einer geraden ebenen Konfiguration. Das unerwünschte Ergebnis ist ein nicht
bestimmter Weg für
das Gießband
und die daraus resultierende unregelmäßige oder nachlassende Berührung zwischen
dem erstarrenden Produkt und dem Gießband, wodurch eine unerwünschte Verflüssigung
der Oberfläche
und Entmischung der Legierung eintritt.
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Wenn
Gießbänder 28, 30 mit
normaler und größerer Dicke
verwendet werden, wird in einem Biegeübergangsbereich 114,
wo sich das sich bewegende Gießband
dem Formhohlraum M nähert
und darin eintritt, ein örtlich
variabler Radius R+ (9) des Gießbands, der durch dessen Führungen
definiert ist, vorteilhafterweise progressiv größer als R1.
Dieser Bereich 114 des Übergangsradius
R+ erstreckt sich von den Punkten 122 aus stromabwärts zu den Gießform-Einlaufpunkten 120.
In diesem Übergangsbereich
wird die Krümmung
1/R+ (der Kehrwert des örtlichen
Radius) jedes Bands vorteilhafterweise progressiv und allmählich kleiner
bis zu Null am Übergangs-Tangentenpunkt 120 (9)
am Gießformeinlauf,
wo die zwei Bänder
gerade werden und sich in beabstandeten parallelen Ebenen bewegen.
Die Erfordernis für
dieses Nachlassen (progressive Abnahme) der Krümmung ergibt sich aus der elastischen Steifigkeit
(Elastizität)
von Gießbändern mit
geeigneter großer
Dicke, wobei diese Steifigkeit sonst den Bandweg an der Stelle verzerren
würde,
an der das Band das stromabwärtige
Ende 91 (5 und 8) einer
Luftpolsterschale 44 verlässt.
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Die
Abnahme der Krümmung
in 9 beginnt bei dieser vergrößerten Querschnittsdarstellung
an den Punkten 122 und geht bis zu den Gießform-Einlaufpunkten 120 weiter.
Stromabwärts,
hinter einer Mittellinie 45 (9) des größeren Teils
jeder Luftpolstervorrichtung wird das Band 28 bzw. 30 durch
unbewegliche Elemente 116 in den Formhohlraum M geführt, die
in der PCT-Anmeldung
WO 98/01247 von Kagan et al. offenbart und beansprucht werden, wobei
die Anmeldung demselben Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde. Es gibt mehrere beabstandete parallele Elemente 116,
die durch Dau ermagneten magnetisiert werden, die einen weit reichenden
Wirkungsbereich haben und die magnetische Anziehung bilden, die
den hydrodynamischen bandhebenden Kräften entgegenwirken, um die
Bandführung
und Stabilisierung bereitzustellen.
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Die
Bandwegkrümmung
1/R+ nimmt allmählich
von den Punkten 122 zu den Punkten 120 hin ab und
wird an den Tangentenpunkten 120 der Gießbänder gleich
Null. Stromabwärts
des Tangentenpunkts 120 werden die Bänder dazu gezwungen, gerade
zu sein und sich in beabstandeten parallelen Ebenen zu bewegen [Hinweis:
die mehrere Radien aufweisende Querschnittsform einer Luftpolsterschale
mit einem progressiv zunehmenden Radius R+ im Übergangsbereich 114 ist
immer noch ein „Zylinder" und eine „zylindrische
Oberfläche"; die englischen
Begriffe „cylinder" und „cylindrical
surface" sind beispielsweise
in Merriam Webster's
Collegiate Dictionary, 10. Auflage (1993), definiert].
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Der
ideale, allmählich
gerade werdende gekrümmte
Gießbandweg 114,
der in 9 zwischen den Punkten 120 und Punkten 122 grafisch
dargestellt ist, folgt der Formel y = ax3 wie
bei einer Eisenbahn-Übergangskurve,
wobei „a" bei einer Gießmaschine
im natürlichen
Maßstab
in der Größenordnung
von 1/70.000 liegt. Die Größen x und
y werden in Millimetern gemessen. „x" wird von den neuen Tangentenpunkten 120 aus
nach links – d.h.
in Stromaufwärtsrichtung – gemessen.
Die aufeinander folgenden Zahlenwerte der Größe y sind aus praktischen Gründen in
den Bohrungsraum einer Metallzufuhrdüse 62 eingetragen,
die zwischen Klemmvorrichtungen 64 gehalten wird. Diese
y-Größen gelten
separat für
jedes der beiden Bänder,
also von der oberen Fläche
der Düse 62 (die
auf die Ebene der flachen Gießformoberfläche des
oberen Bands 28 ausgerichtet ist) aufwärts für das obere Band 28 und
von der unteren Fläche
dieser Düse
(die auf die Ebene der flachen Gießformoberfläche des unteren Bands 30 ausgerichtet
ist) abwärts
für das
untere Band 30.
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Die
magnetische Anziehungskraft der Elemente 116 wird nützlicherweise
bei der Führung
eines sich bewegenden Gießbands
in den kritischen Bereichen 114 mit kleiner werdender Krümmung verwendet,
da der umgebende Druck auf die hebende Luftpolsterschale 44,
der durch die Spannung des Gießbands
in diesem Bereich 114 der verringerten Krümmung entsteht,
natür lich
kleiner als der umgebende Druck ist, der auf den größeren Abschnitt 110 der
Luftpolstervorrichtung wirkt, wo der Radius eine Konstante R1 ist.
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Da
die nachlassende Krümmung
der Gießbänder entlang
dem Übergangsbereich 144 allmählich verläuft, nimmt
ebenso die elastische Biegefederkraft allmählich ab. Vorteilhafterweise
werden die jeweiligen Wege der Gießbänder während deren gesamter Bewegung
hinter der Düse 62 und
in die Gießform
M in bestimmter Weise geregelt; die Bandelastizität lenkt
keines der Gießbänder von
seinem beabsichtigten Führungweg
ab.
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Statt
einer Eisenbahn-Übergangskurve
wie y = ax3 kann man bei weniger kritischen
Anwendungen eine Folge glatter Kurven mit abnehmender Krümmung verwenden.
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Die 3–5, 8, 13 und 14 zeigen
Ausführungen
der Erfindung, bei denen eine längliche,
Luft drosselnde umlaufende Dichtung 90 bzw. 90' zum Einsatz
kommt, die etwas höher über der
konvexen Randarbeitsfläche
liegt als die anderen Luft drosselnden oder stützenden Oberflächen. Ein solche
umlaufende Dichtung bewahrt einen minimalen Luftdruck (über Atmosphärendruck) über der
ganzen konvexen Fläche
der Luftpolsterschale 44. Die gedrosselte Luft entweicht
hinter dieser Halbdichtung 90, 90' am Rand jeder Luftpolsterschale
der Vorrichtung 40 oder 42. Der obere und untere
horizontale Verlauf 90' dieser
Luft drosselnden umlaufenden Dichtungen 90 trägt dazu
bei, den Weg des Gießbands 28 oder 30 dort
zu regeln, wo es an der Luftpolsterschale 44 eintritt und
austritt, und definiert theoretische Bandbiegungs-Tangentenpunkte 91 für solche
kreis- und zylinderförmigen
Schalen. Ein geeignetes Material für die Halbdichtungen 90 ist
ein Polyamid (Nylon) in Form von gebündelten, verdrillten Strängen, das
als Streifenverpackungsmaterial im Handel erhältlich ist. Es kann auch ein
anderes geeignetes verschleißfestes,
relativ flexibles glattes Material verwendet werden.
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6 zeigt
in der Perspektive ein Muster bzw. eine „Lauffläche" von flachen, feinen, reibungsmindernden
Aussparungen 94 und 95 mit einem rechteckigen
Querschnitt, der in die Außenfläche gefräst oder
geprägt
ist, die die Arbeitsfläche
einer modifizierten umlaufenden Dichtung 92 bildet. Eine
solche modifizierte Dichtung 92 kann statt einer aus reinem
Nylon bestehenden Luft drosselnden Dichtung 90 verwendet
werden. Die Aussparungen 94, die parallel zur Bandbewegung
ausgerichtet sind, stehen mit einer tieferen, quer verlaufenden
Aussparung 95 in Verbindung, die angrenzend an eine Luft
drosselnde umlaufende Lippe 97 verläuft. Diese Aussparungen 94 und 95 breiten
den Druck der zusammengehaltenen bandhebenden Druckluft 53' über einen großen Teil
der Fläche
der Dichtung 92 aus, wodurch die Reibung zwischen dieser
Dichtung und dem sich bewegenden Gießband 28 oder 30 verringert
und der Kontakt mit dem Gießband
gleichmäßiger gemacht wird.
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Unten
links in 6 ist eine Luft drosselnde umlaufende
Dichtung 93 dargestellt, deren Arbeitsfläche ein
anderes Muster bzw. eine andere „Lauffläche" als die reibungsmindernden Aussparungen 96 und 98 aufweist.
Im Gegensatz zu den rechteckig geformten Aussparungen 94 und 95 der
Dichtung 92 haben die Aussparungen 96 und 98 eine
flache bogenartige Form. Die flache quer verlaufende Aussparung 98 erstreckt
sich angrenzend an eine umlaufende Lippe 99.
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Die
umlaufende Dichtung 90 wird vorteilhafterweise im Zusammenhang
mit der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt, die
oben beschrieben sind. Der Einsatz der umlaufenden Dichtung 90 ermöglicht ferner
die Realisierung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, nämlich an
der Grenze eine Zusammenführung
isolierter Vertiefungen zu einer parallelen Anordnung flacher umlaufender
Kanäle 86 (13),
die voneinander durch dazwischen sich erstreckende parallele umlaufende
Rippenstreifen 81 isoliert sind, die aus einem glatten
bandstützenden
Material bestehen, das dem Material ähnelt, aus dem das Gitter 82 besteht.
Die Arbeitsflächen 81' dieser entlang
dem Umfang ausgerichteten Rippenstreifen 81 bewirken keine
nennenswerte Luftdrosselung. Zum Schutz des gespannten Bands vor
einem wesentlichen örtlichen, quer
verlaufenden Durchhängen
(Einsacken) oder Biegen sind solche Streifen 81 in der
in 13 dargestellten Anordnung (wobei man nur Abschnitte
der umlaufenden Dichtung 90 sieht) in Umfangsrichtung durchgehend.
Die bandhebende Druckluft 53' wird
jedem umlaufenden Kanal 86 einzeln durch einen mittig angeordneten
Düsenkörper 85 zugeführt, der
eine Luftdüse 87' mit mittlerem
Durchmesser aufweist.
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In 14 bedeckt
ein großer
Düsenkörper 85,
der eine Luftdüse 87'' mit sehr großem Durchmesser hat und mittig
angeordnet ist, mit der bandhebenden Druckluft 53' die ganze Außenfläche einer Schale 44 innerhalb
der umlaufenden Dichtung 90. Wenn man aber lediglich eine
solche mittige große Luftdüse 87'' verwendet, muss die Luft drosselnde Wirkung über den
Arbeitsflächen 81' der Rippenstreifen 81 (13)
im Wesentlichen verhindert werden, damit in Richtung der innen und
außen
liegenden Enden der Luftpolsterschale 44 keine geringere
Schwebung entsteht. Zur Vermeidung einer solchen Drosselung durch
die Arbeitsflächen 81' (13)
sind die Rippenstreifen durch zahlreiche quer verlaufende Zwischenräume 78 (14)
unterbrochen, die eine Umfangslänge
unter ungefähr
2 Grad haben (weniger als ungefähr
9 bis 10 mm), wodurch viele inselartige Rippenstreifen 79 gebildet
werden, um die schwebende Luft 53' ohne wesentlichen Druckabfall quer
zu allen umlaufenden Kanälen 86 innerhalb
der umlaufenden Dichtung 90 zu verteilen. Dadurch wird ein
einzelner, verbundener, vereinter bandhebender Bereich 93 gebildet,
der die gesamte Außenfläche einer
Schale 44 innerhalb deren umlaufender Dichtung 90 umfasst.
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Unabhängig von
der Konfiguration in 13 oder 14 muss
ein in die umlaufenden Kanäle 86 gerichtetes
Ziehen oder Durchhängen
des gespannten Bands minimiert werden. Zu diesem Zweck dürfen diese
Kanäle 86 nicht
breiter als das ungefähr 150-fache
der Dicke des verwendeten Gießbands sein.
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Magnetische Halterollen
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In 10 und 12 sind
die sich bewegenden Bänder
so dargestellt, dass sie durch Halterollen 130 geführt, stabilisiert
und gehalten werden, die magnetisierte Rippen aufweisen, die in
dem US-Patent 5,728,036 offenbart und beansprucht werden, das demselben
Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Die drehbaren
Wellen 132 und umringenden Rippen 134 bestehen
aus einem magnetisch weichen ferromagnetischen Material. Die Rippen 134 werden
durch ringförmige
Dauermagneten 133 mit magnetischer Energie mit abwechselnder
Nord- und Süd-Polarität (N und
S in 11) versorgt. In diesen Ringmagneten kann man
vorteilhafterweise ein magnetisches Material verwen den, das einen „weit reichenden
Wirkungsbereich" hat.
Diese Halterollen 130 können
vorteilhafterweise näher
als üblich
zusammengebaut werden, indem man die relative Positionierung der
Rippen 134 versetzt, damit die Rippen einer Rolle wie in 11 fingerartig
so eingreifen können,
dass sie zwischen den Rippen einer angrenzenden Rolle untergebracht
sind.
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Insbesondere
dann, wenn Halterollen 130 statt einer Anordnung von magnetisierten
hydrodynamischen Halteelementen 116 (9)
verwendet werden, müssen
die Gießbänder 28, 30 unbedingt
durch eine sich schnell bewegende Schicht 163 eines flüssigen Kühlmittels
(normalerweise Wasser) nahe dem Gießformeinlauf 22 gekühlt werden.
Diese sich schnell bewegende Kühlmittelschicht 163 wird
vorteilhafterweise direkt von der Luftpolstervorrichtung 40 oder 42 auf
das Band aufgebracht, da das Fehlen der rotierenden Einlauf-Bandtrommel die Einschränkungen
des beim Stand der Technik auftretenden „Scheitelpunktbereichs" eliminiert, der
im Abschnitt „Hintergrund
der Erfindung" beschrieben
ist.
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In 10 wird
dieses sich schnell bewegende Kühlmittel 163 von
einer quer verlaufenden Umlenkfläche 150 aus
aufgebracht, deren Arbeitsform derjenigen ähnelt, die von Hazelett et
al. im US-Patent 3,041,686 offenbart wird. Diese Umlenkfläche 150 mit
ihrem gekrümmten
Bereich 160 kann als Einheit mit der Rückwand 46 der Luftpolstervorrichtung ausgebildet
sein (siehe 10). Das unter Druck stehende
Kühlmittel 147 wird
von einem Sammler 152 zugeführt, der mehrere Düsen 154 aufweist
(nur eine ist dargestellt), so dass das Kühlmittel in Strahlen 156 mit
kleinem Winkel auf die Umlenkfläche 150 auftrifft. Das
Kühlmittel
verteilt sich dort zur Seite und wird zu einem sich bewegenden Film 158,
der schnell um die Kurve 160 läuft und die Umlenkfläche als
relativ flache, sich schnell bewegende Strömungsfläche 162 verlässt, die
die Kühlmittelschicht 163 bildet.
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In 12 wird
das Aufbringen der sich schnell bewegenden Kühlmittelschicht 163 auf
das Gießband
durch mehrere Düsen 146 (nur
eine ist dargestellt) ausgeführt.
Diese Düsen
und ihre Kühlmittelzufuhr-Bohrungen 144 sind
so dargestellt, dass sie als Einheit mit der Luftpolstervorrichtung
ausgebildet sind. Praktischerweise ist ein Sammler 142,
der eine Kühlmittelkammer 140 umschließt, direkt
in einen Teil des Raums der Luftkammer 52 eingebaut (siehe 12,
wo nur ein Teil des Sammlers 142 dargestellt ist). Die
aus den Düsen 146 austretenden Kühlmittelstrahlen 149 bilden
eine sich schnell bewegende Kühlmittelschicht 163.
Die Richtung des Kühlmittelstroms
ist durch die Pfeile 147 gekennzeichnet. Gegebenenfalls
verschließen
Stopfen 148 die Bohrungen 144.
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Die
in 9 im Umriss dargestellten magnetisierten hydromagnetischen
Elemente 116, die in der oben angegebenen PCT-Anmeldung
von Kagan et al. offenbart und beansprucht werden, können statt der
Halterollen 130 von 12 verwendet
werden. Die Kühlmittelstrahlen 149 werden
dann in Stromabwärtsrichtung
umgelenkt und entfernen das verbrauchte hydrodynamische Kühlmittel,
das aus den Auslässen
(nicht dargestellt) der Elemente 116 austritt, aus dem
Raum zwischen den beabstandeten parallelen Elementen 116.
Ferner dienen diese starken Kühlmittelstrahlen 149 dazu,
einen sich schnell bewegenden Strom der Kühlmittelschicht 163 aufrechtzuerhalten,
der stromabwärts
etwas über
die stromabwärtigen
Enden (nicht dargestellt) der Elemente 116 hinaus weiterläuft.
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Die
Vorwärmung
der Gießbänder vor
dem Einlauf 22 in die Gießform M verhindert eine unerwünschte Bandverzerrung
und ermöglicht
demnach die Herstellung eines besseren Produkts, wie es von Hazelett
et al. in dem US-Patent
3,937,270 erklärt wird,
das demselben Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
Die Wirkung der Vorwärmung wird
von Hazelett und Wood in drei US-Patenten gründlich analysiert und veranschaulicht,
die demselben Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurden.
Das US-Patent 4,002,197 offenbart Flüssigkeits- und Dampfmittel
zur Vorwärmung,
jedoch insbesondere die Vorwärmung
mit Strahlen durch starke Infrarotheizungen. Das US-Patent 4,062,235
offenbart Vorrichtungen zur Erfassung der Verformung bzw. der thermisch
bedingten Bewegung eines Gießbands
in der Gießform,
d.h. Erfassung der vorteilhaften Wirkung der Bandvorwärmung. Das
US-Patent 4,082,101
offenbart Vorrichtungen, die sicherstellen, dass das Kühlmittel
für die
Bänder
in der Gießform kaum
mehr als den Bereich des Bands bedeckt, der von dem heißen Metall
in der Gießform
berührt
wird. Das US-Patent 5,133,402 von Ross offenbart ein anderes trockenes
Verfahren der Bandvorwärmung, nämlich das
Verfahren der elektromagnetischen induktiven Vorwärmung mit
einer Frequenz von beispielsweise 3.000 Hertz, die durch eine Schleife
eines Kupferrohrs nahe der Gießbandoberfläche aufgebracht
wird, wobei Wasser durch dieses Rohr fließt, um das Kupfer davor zu
schützen,
dass es wegen der hohen elektrischen Stromstärke schmilzt.
-
Die
Druckluft, die zum Anheben eines Gießbands verwendet wird, während sie
die Luftpolstervorrichtung umhüllt,
enthält
oder absorbiert nur eine kleine Menge Wärmeenergie. Der angrenzende Druckluftstrom ändert die
Vorwärme
eines Gießbands
nicht viel. Dagegen würde
eine Berührung
zwischen dem Gießband
und Wasser bzw. dem flüssigen
Kühlmittel
die Temperatur des Gießbands
dominieren, und zwar unabhängig
von der vorher daran angelegten Wärme. Obwohl die hier offenbarte
Luftpolstervorrichtung ermöglichen
würde,
erwärmtes Wasser
für die
Bandvorwärmung
bei Temperaturen bis 93°C
(200°F)
einzusetzen (wie es bereits durch Sivilotti getan wurde), ist ein
solches Verfahren mit erwärmtem
Kühlmittel
kompliziert und eine äußerst ineffiziente
Nutzung von Energie. Darüber
hinaus ist die Strahlenwärme
oder eine andere trockene, nicht befeuchtende Erwärmung des
Bands nahe den Luftpolstervorrichtungen 40 und 42 effizient
und vielseitig bei der Erhöhung
der Temperatur eines durch Luft gehobenen Gießbands auf die gewünschte Vorwärme zwischen
ungefähr
80°C (ungefähr 176°F) und ungefähr 150°C (ungefähr 302°F).
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Der
Einsatz eines anhebenden Fluids verringert oder eliminiert den Kontaktdruck
der Bänder,
die an den durch die Luftpolstervorrichtungen gebildeten stützenden
Oberflächen
gleiten, und reduziert demzufolge die aus einem solchen Kontakt
resultierende Wärmeleitung.
Wenn das anhebende Fluid Luft oder sogar gekühlte Luft ist, können die
Bänder
fast ihre ganze Vorwärmeenergie
bewahren und verlieren sie nicht an die führenden Gleitflächen. Ohne
dieses teilweise oder vollständige
Anheben durch Luft würde ein
wesentlicher Teil der Vorwärme
von den Gießbändern fortgezogen,
während
sie über
ihre Stützvorrichtungen
gleiten. Ferner würde
eine das Band vorwärmende
Flüssigkeit,
die irgendwo in der Nähe
des Gießformeinlaufs
nahe dem geschmolzenen Metall aufgebracht wird, ein vorsichtige
Entsorgung zur Folge haben, um Explosio nen zu vermeiden. Druckluft mit
und unter dem beschriebenen normalen Werkstattdruck ist ohne weiteres
verfügbar,
leicht zu handhaben und kann wie beschrieben praktischerweise in die
Umgebung entweichen.
-
Obwohl
hier spezifische gegenwärtig
bevorzugte Ausführungen
der Erfindung im Detail offenbart wurden, versteht sich, dass diese
Beispiele der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben
wurden. Diese Offenbarung ist nicht als den Schutzbereich der Erfindung
einschränkend
aufzufassen, da die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen von
einem Fachmann der Metall-Stranggießtechnik im Detail verändert werden
können,
um diese Verfahren und Vorrichtungen so anzupassen, dass sie bei
bestimmten Gießmaschinen
oder Situationen von Nutzen sind, ohne dabei vom Schutzbereich der folgenden
Ansprüche
abzuweichen. Beispielsweise bezog sich die vorstehende Erörterung
auf eine fast horizontale Doppelband-Gießmaschine mit einem oberen
und unteren Träger,
wohingegen die Erfindung bei Gießmaschinen verkörpert und
verwendet werden kann, die in irgendeinem Winkel von der Horizontalen
vertikal nach unten betrieben werden. Die Erfindung kann wiederum
in Bezug auf Einzelband-Gießmaschinen
verkörpert
und verwendet werden, die eine relativ flache Gießzone aufweisen.
Es versteht sich, dass die stromabwärtige Einrichtung so angeordnet
werden kann, dass sie die Verwendung von Kühlmittelschichten 163 erlaubt,
die sich quer über
die Gießbänder bewegen
und nicht in Längsrichtung
daran entlang. Ferner können
umlaufende Dichtungen mehrfach vorgesehen werden und nicht als Einheit.