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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Rolle zum Führen eines Metallstrangs oder Metallbands gerichtet.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche, insbesondere über Strömungskanäle kühlbare Rollen bekannt.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 0 543 531 A1 offenbart eine von Innen durch ein Kühlmittel kühlbare Rolle. Dabei weist die Rolle parallel zur Oberfläche des Rollenmantels verlaufende Kanäle auf sowie weitere zentrale Kanäle, welche sich von den Rollenzapfen aus sacklochartig entlang der Mittenachse der Rolle in deren Körper hinein erstrecken. Von den Enden der sacklochartigen, zentralen Kanäle erstecken sich Verbindungskanäle zu den parallel zu der Oberfläche des Rollenmantels verlaufenden Kühlkanälen.
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Nachteilig an einer solchen Anordnung ist zum Beispiel, dass bei relativ kurzen Rollen, das heißt Rollen mit einem großen Durchmesser-zu-Länge-Verhältnis die Verbindungskanäle nicht mehr einbringbar sein können, insbesondere da sich die Rollenschulter bzw. der Rollenzapfen aus Festigkeitsgründen nicht beliebig dünn gestalten lässt. Ferner ist die Kühlleistung dieses Konzepts noch verbesserungsfähig.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2008 029 944 A1 offenbart eine modular aufgebaute Strangführungsrolle, welche oberflächennahe Strömungskanäle sowie zentrisch durch die Rollenzapfen verlaufende sacklochartige Kanäle umfasst. Ferner umfasst diese spezielle Rolle Verbindungskanäle, welche von beiden sacklochartigen Kanälen der Rolle zu Enden der oberflächennahen Strömungskanäle an einer der Stirnseiten der Rollen verlaufen.
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Nachteilig an einer solchen Anordnung kann eine nicht hinreichende Kühlleistung sein, da das Kühlwasser die in Nähe der Rollenoberfläche liegenden Kühlkanäle seriell durchströmt und somit einige dieser Kanäle mit bereits erwärmten Wasser durchströmt werden, woraus Schäden an Band bzw. Strang oder dem Rollenmantel resultieren können.
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Folglich ergibt sich die technische Aufgabe, mindestens einen der obengenannten Nachteile zu überwinden.
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Ferner kann die technische Aufgabe darin bestehen, eine Rolle bereitzustellen, welche trotz eines großen Durchmesser-zu-Länge-Verhältnisses mit hoher Kühlwirkung kühlbar ist.
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Ferner kann die technische Aufgabe ebenfalls darin bestehen, eine kompakte kühlbare Rolle bereitzustellen, welche vorzugsweise mit geringem Aufwand zu fertigen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die gestellte technische Aufgabe wird durch eine Rolle gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Dieser richtet sich auf eine Rolle zum Führen eines Metallstrangs oder -bands, insbesondere in einem Walzwerk, einer Behandlungslinie oder einer Stranggießanlage, wobei die Rolle einen den Metallstrang oder das Metallband stützenden zylindrischen Rollenkörper mit einer zylindrischen Rollenoberfläche und zwei gegenüberliegenden Stirnseiten mit daran angeordneten Rollenzapfen aufweist und sich von jedem der beiden Rollenzapfen aus sacklochförmige Strömungskanäle in das Innere des Rollenkörpers hinein erstecken. Ferner umfasst die Rolle unterhalb der den Strang stützenden zylindrischen Oberfläche verlaufende Kühlkanäle, welche sich im Wesentlichen parallel zur Mittenachse des zylindrischen Rollenkörpers erstrecken sowie Verbindungskanäle zwischen den Strömungskanälen und den Kühlkanälen. Gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 erstreckt sich jeder Verbindungskanal einer ersten Gruppe von Verbindungskanälen von einem ersten der sacklochförmigen Strömungskanäle (schräg bzw. diagonal verlaufend) in Richtung der diesem ersten sacklochförmigen Strömungskanal gegenüberliegenden ersten Stirnseite sowie in Richtung der zylindrischen Oberfläche des Rollenkörpers. Zusätzlich erstrecken sich Verbindungskanäle einer zweite Gruppe der Verbindungskanäle von einem zweiten der beiden sacklochförmigen Strömungskanäle (schräg bzw. diagonal verlaufend) in Richtung der diesem zweiten sacklochförmigen Strömungskanal gegenüberliegenden zweiten der beiden Stirnseiten und in Richtung der zylindrischen Oberfläche des Rollenkörpers.
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Durch diese Anordnung können insbesondere bei kurzen Rollen bzw. Rollenkörpern flache Winkel zwischen den Verbindungskanälen und einer parallel zur Rollenachse liegenden Richtung erreicht werden. Mit anderen Worten kann somit eine sogenannte Revolverkühlung auch für kurze Rollenkörper ermöglicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform mündet jeder der Verbindungskanäle der ersten Gruppe in einem dem ersten sacklochartigen Strömungskanal abgewandten Endbereich eines Kühlkanals. Prinzipiell sind auch andere Mündungsbereiche denkbar, wobei allerdings die Kühlung sowie die Konstruktion der Rolle verbessert wird, wenn die Verbindungskanäle wie beschrieben in die genannten Endbereiche münden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Rolle mindestens einen Verteilerkanal, welcher mindestens jeweils einen der Kühlkanäle mit mindestens jeweils einem Verbindungskanal der zweiten Gruppe der Verbindungskanäle verbindet. Dabei kann der Verteilerkanal zum Beispiel durch einen geschlossenen Kanal gebildet werden oder durch eine Vielzahl von einzelnen Kanälen, welche jeweils einen Verbindungskanal der zweiten Gruppe der Verbindungskanäle mit jeweils einem der Kühlkanäle verbindet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rolle einen Verteilerkanal, der sämtliche zu der ersten Stirnseite des Rollenkörpers hin gerichteten Enden der Kühlkanäle untereinander verbindet..
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Zusätzlich oder alternativ kann die Rolle einen weiteren bzw. anderen Verteilerkanal umfassen, der sämtliche zu der zweiten Stirnseite des Rollenkörpers hin gerichteten Enden der Kühlkanäle untereinander verbindet. Solch ein Kanal wird jedoch nicht zwingend benötigt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlkanäle in einer senkrecht zur Rollenachse betrachteten Ebene konzentrisch um die Rollenachse herum angeordnet. Dabei ist die Form der Kühlkanäle allerdings nicht konzentrisch. Vielmehr sind deren Querschnitte konzentrisch um die zentrische Rollenachse herum angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können die sacklochförmigen Strömungskanäle entlang bzw. auf der Mittenachse der Rolle verlaufen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verteilerkanal oder der weitere Verteilerkanal zum Verbinden der Enden der Kühlkanäle eine geschlossene oder insbesondere ringförmige Form auf. Solch ein Verteilerkanal kann bspw. als eine durch ein Abdeckmittel verschlossene, zum Beispiel gefräste, Nut ausgebildet sein. Das Abdeckmittel kann eine Dichtung, insbesondere eine Gummidichtung umfassen oder zum Beispiel durch ein aufgeschweißtes Metallstück gebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kühlkanäle und/oder die Verbindungskanäle als in den Rollenkörper eingebrachte Bohrungen ausgebildet, wobei durch das Einbringen der Bohrungen an der Oberfläche des Rollenkörpers entstandene Öffnungen abgedichtet verschlossen sind. Bohrungen lassen sich besonders kostengünstig und einfach nachträglich in den Rollenkörper einbringen. Die Abdichtung der Öffnungen kann durch eingepresste Stopfen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich könnten die Öffnungen zum Beispiel verschweißt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Neigungswinkel jedes Verbindungskanals, gemessen zwischen der axialen Richtung der Rolle und dem Verbindungskanal kleiner als 35°, vorzugsweise kleiner als 30° oder sogar kleiner als 25°.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rollenkörper der Rolle ein Durchmesser-zu-Länge-Verhältnis von mehr als 1:5 und vorzugsweise von mehr als 1:2 auf. Gerade bei solchen Rollen ermöglicht die beschriebene Anordnung eine effektive Kühlung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Verbindungskanäle jeweils im Wesentlichen geradlinig. Alternativ oder zusätzlich überkreuzen sich die Verbindungskanäle der ersten Gruppe sowie die Verbindungskanäle der zweiten Gruppe in der Mitte der Rolle bzw. des Rollenkörpers kollisionsfrei. Mit anderen Worten kann die Mitte der Rolle bzw. des Rollenkörpers auch als senkrecht zur Rollenachse stehende Mittenebene beschrieben werden. In einer solchen Mittenebene betrachtet, liegen die Querschnitte der Verbindungskanäle beider Gruppen vorzugsweise auf einem konzentrisch um die Mittenachse der Rolle angeordneten Kreis. Dabei sind die Verbindungskanäle der ersten und der zweiten Gruppe vorzugsweise alternierend auf diesem Kreis angeordnet.
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Anders ausgedrückt können sich die Verbindungskanäle einer jeden Gruppe ausgehend von einem jeweiligen sacklochförmigen Strömungskanal auf der Oberfläche eines Kegels hin zu einem Endbereich bzw. Enden der Kühlkanäle oder hin zu einem die Kühlkanäle verbindenden Verteilerkanal erstecken. Vorzugsweise sind die Verbindungskanäle auf einer solchen Kegeloberfläche gleichverteilt angeordnet, das heißt mit gleichen Winkelabständen zwischen benachbarten Verbindungskanälen auf der Kegeloberfläche. Vorzugsweise sind die Anzahl und/oder die Winkelabstände der Verbindungskanäle jeder der beiden Gruppen gleich. Dabei verläuft ein Verbindungskanal der ersten Gruppe vorzugsweise durch einen Winkelbereich zwischen zwei benachbarten Kanälen der zweiten Gruppe und entsprechend ein Kanal der zweiten Gruppe durch einen Winkelbereich zwischen zwei benachbarten Kanälen der ersten Gruppe. Mit anderen Worten können die beiden (entgegengesetzt gerichteten bzw. sich schneidenden) Kegeloberflächen, auf denen die Verbindungskanäle angeordnet sind, um die Hälfte des Winkelbereichs zwischen zwei benachbarten Verbindungskanälen einer Gruppe um die Mittenachse der Rolle herum rotiert sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Rolle n Kühlkanäle sowie 2n Verbindungskanäle, wobei n Verbindungskanäle der ersten Gruppe der Verbindungskanäle angehören und die verbleibenden n Verbindungskanäle der zweiten Gruppe der Verbindungskanäle angehören. Es sind allerdings auch weniger Verbindungskanäle denkbar. Die in dieser Ausführungsform beschriebene Konstellation kann allerdings eine besonders gleichmäßige Kühlwirkung ermöglichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind benachbarte Verbindungskanäle in einer senkrecht zur Mittenachse der Rolle betrachteten Ebene voneinander in einem Winkelbereich von 360°/2n beabstandet. Durch eine derartige Anordnung liegt eine Gleichverteilung der Verbindungskanäle (in Umfangsrichtung betrachtet) vor. Dadurch kann die Homogenität und Leistung der Kühlung weiter verbessert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt n zwischen 4 und 12 und vorzugsweise zwischen 6 und 10. Insbesondere kann n = 8 sein.
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Schließlich kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf eine Strangführungseinrichtung zum Führen eines Metallstrangs, eine Walzanlage zum Walzen von Metall oder auch eine Metallbandbehandlungseinrichtung zum Richten oder Beschichten von Metallband mit einer Rolle gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen gerichtet sein.
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Sämtliche Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigen:
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1 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht einer Rolle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht der Rolle gemäß 1 mit durch eine erste Gruppe von Verbindungskanälen hervorgehobener Strömung;
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3 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht der Rolle gemäß 2 mit einem hervorgehobenen, weiteren Verlauf der Strömung;
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4 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht der Rolle gemäß 3 mit einem hervorgehobenen, weiteren Verlauf der Strömung;
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5 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht der Rolle gemäß 4 mit einem hervorgehobenen, weiteren Verlauf der Strömung;
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6 zeigt eine perspektivische, teiltransparente Ansicht der Rolle gemäß 5 mit einem hervorgehobenen, weiteren Verlauf der Strömung;
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7 zeigt einen perspektivischen Querschnitt längs der Mittenachse der Rolle gemäß 1;
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8 zeigt einen weiteren Querschnitt längs der Mittenachse durch die Rolle gemäß der 1, wobei im Gegensatz zur 7 in der 8 jedoch eine andere Querschnittsebene dargestellt ist;
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9 zeigt einen perspektivischen Querschnitt der Rolle gemäß 1 in einer senkrecht zur Rollenachse stehenden Ebene; und
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10 zeigt einen Ausschnitt eines perspektivisch dargestellten Querschnitts im Bereich einer der beiden Stirnseiten der Rolle gemäß 1.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische und teiltransparente Ansicht einer Rolle 1 gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
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Dieselbe Rolle 1 ist ebenfalls in den Querschnitten bzw. Teilquerschnitten der 7 bis 10 abgebildet, sodass diese Figuren ebenfalls zum Verständnis des Ausführungsbeispiels hinzugezogen werden können.
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Die 2 bis 6 zeigen ebenso die Rolle 1 gemäß den 1 und 7 bis 10, wobei der Fluss von Kühlmittel durch eine Reihe von Strömungskanälen 15, 17, Verbindungskanälen 8, 18 und Kühlkanälen 6 von Figur zu Figur verdeutlicht ist.
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In allen Figuren werden daher identische Bezugszeichen verwendet, wobei allerdings aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht grundsätzlich in jeder Figur alle Bezugszeichen dargestellt sind.
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Bezugnehmend auf die 1 umfasst die Rolle 1 einen Rollenkörper 3 mit einer ein Metallband stützenden zylindrischen Oberfläche 5 und auf beiden Seiten des Rollenkörpers 3 angeordneten Rollenzapfen 11, 13 von denen nur einer in der gezeigten Ansicht deutlich erkennbar ist. Besser sind beide Rollenzapfen 11, 13 in der 7 erkennbar. Der Rollenkörper 3 wird seitlich durch die Stirnflächen bzw. Enden 7 und 9 begrenzt und besitzt vorzugsweise einen Durchmesse D sowie eine Länge L. Die Rollenzapfen 11, 13 erstecken sich entlang einer Mittenachse A der Rolle 1. Sowohl die Zapfen 11, 13 als auch der Rollenkörper 3 können im Wesentlichen aus Metall, zum Beispiel aus Stahl gebildet sein.
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In den Rollenzapfen 11, 13 und dem Rollenkörper 3 sind vorzugsweise zentrisch angeordnete, sacklochförmige Kanäle 15, 17 vorgesehen. Diese sind mit Kühlmittel, zum Beispiel Wasser oder anderen Kühlflüssigkeiten durchströmbar.
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Wiederum bezugnehmend auf die 1 kann zum Beispiel Kühlmittel in den sacklochförmigen Strömungskanal 15 eingeleitet werden und gemäß 2 in eine erste Gruppe von Verbindungskanälen 8 fließen. Dabei sind die Verbindungskanäle 8 vorzugsweise mit einem Endbereich des Strömungskanals 15 verbunden. In der beispielhaft dargestellten Variante umfasst die Rolle 1 acht Verbindungskanäle B. Vorzugsweise sind diese Verbindungskanäle 8 jeweils an ihren Enden mit jeweils einem Kühlkanal 6 verbunden, welche in der 3 hervorgehoben sind. Somit erstrecken sich die Verbindungskanäle 8 vorzugsweise von einem ersten Strömungskanal 15 diagonal in Richtung der diesem ersten Strömungskanal 15 gegenüberliegenden Stirnseite 9 der Rolle sowie in Richtung der zylinderförmigen Oberfläche 5 des Rollenkörpers 3. Insbesondere können sie jeweils in einen Endbereich 21 eines Kühlkanals 6 münden, welcher an der dem ersten sacklochartigen Strömungskanal 15 gegenüberüberliegenden Stirnseite 9 gelegen ist. Die Kühlkanäle 6 können unter der Oberfläche der zylinderförmigen Oberfläche bzw. Mantelfläche 5 des Rollenkörpers 3 liegen. Ihr kleinster Abstand zur Rollenoberfläche 5 kann zum Beispiel kleiner als 20% oder kleiner als 10% des Rollenkörperdurchmessers D sein. Die Kühlkanäle 6 verlaufen vorzugsweise parallel zur Oberfläche 5 des Rollenkörpers 3 bzw. parallel zur Mittenachse A der Rolle 1.
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Ist das Kühlmedium in die Kühlkanäle 6 eingetreten durchströmt es diese und gelangt gemäß dem Beispiel der 3 jeweils an ein am stirnseitigen Ende 7 der Rolle gelegenes Ende 23 eines jeden Kühlkanals 6.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Enden 23 der Kühlkanäle 6, wie in 4 dargestellt, miteinander über einen ringförmigen Kanal 20 verbunden.
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Wie weiter in der 5 dargestellt ist, erstrecken sich von diesem ringförmigen Kanal 20 Verbindungskanäle 18 in Richtung der gegenüberliegenden Stirnseite 9 der Rolle 1 hin zu dem zweiten sacklochförmigen Strömungskanal 17. Anders formuliert, erstreckt sich eine zweite Gruppe von Verbindungskanälen 18 von dem zweiten sackförmigen Verbindungskanal 17 (diagonal) in Richtung der diesem Verbindungskanal 17 gegenüberliegenden Stirnseite 7 der Rolle 1 sowie in Richtung der Rollenkörperoberfläche 5. In Bezug auf die Strömung des Kühlmittels strömt demnach das Kühlmittel aus den Verbindungskanälen 18, entsprechend den Hervorhebungen in der 6, in den Strömungskanal 17.
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In den 1 bis 6 wurde die Strömung eines Kühlmittels durch eine Reihe von Kanälen beschrieben. Diese Kanäle könnten allerdings auch in umgekehrter Reihenfolge durch Kühlmittel durchströmt werden.
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In Bezug auf die 7 ist beispielhaft der Verlauf zweier Verbindungskanäle 8 und 18 sichtbar. Ferner ist verdeutlicht, dass die beiden dargestellten Kanäle 8, 18 an sich nicht durch andere Kanäle geschnitten bzw. durchdrungen werden.
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Die 8 zeigt einen weiteren Querschnitt der Rolle 1 in der der Verlauf zweier Verbindungskanäle 8 exemplarisch ersichtlich ist.
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Die 9 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch eine Mittenebene E der Rolle 1. Dieser Querschnitt zeigt acht Schnitte durch acht Kühlkanäle, welche sich parallel zur Rollenoberfläche erstrecken sowie 16 Schnitte durch 16 Verbindungskanäle. Dabei sind die Verbindungskanäle beider Gruppen 8, 18 abwechselnd bzw. alternierend auf einer Kreislinie angeordnet, die konzentrisch zur Mittenachse A der Rolle 1 liegt. Somit erstrecken sich die Verbindungskanäle verschiedener Gruppen in voneinander unterschiedlichen Winkelbereichen des Rollenkörpers 3.
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Schließlich zeigt der Ausschnitt der 10 unter anderem einen Querschnitt durch den zuvor beschriebenen Ringkanal 20, welcher an die Enden bzw. Endbereiche 23 der Kühlkanäle 6 anschließt. Mit anderen Worten münden die Kanäle 6 auf der Stirnseite 7 des Rollenkörpers 3 in den Kanal 20. Dieser Kanal 20 kann bspw. durch eine auf der Stirnseite 7 eingebrachte Nut gebildet sein und durch ein Abdeckmittel 25 abgedichtet bedeckt sein, sodass ein für Kühlmittel geschlossener Kanal 20 gebildet ist.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen vor allem dem besseren Verständnis der Erfindung und sollten nicht einschränkend verstanden werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Gebrauchsmusteranmeldung ergibt sich aus den Schutzansprüchen.
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Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
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Ferner können die beschriebenen Merkmale durch den Fachmann an vorhandene Gegebenheiten oder vorliegende Anforderungen angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rolle
- 3
- Rollenkörper
- 5
- zylindrische Rollenoberfläche
- 6
- Kühlkanal
- 7
- zweite Stirnseite
- 8
- Strömungskanal einer ersten Gruppe von Strömungskanälen
- 9
- erste Stirnseite
- 11
- Rollenzapfen
- 13
- Rollenzapfen
- 15
- sacklochförmiger Strömungskanal
- 17
- sacklochförmiger Strömungskanal
- 18
- Strömungskanal einer zweiten Gruppe von Strömungskanälen
- 20
- Verteilerkanal
- 21
- zur ersten Stirnseite hin gerichteter Endbereich eines Kühlkanals
- 23
- zur zweiten Stirnseite hin gerichteter Endbereich eines Kühlkanals
- 25
- Abdeckmittel
- A
- Mittenachse der Rolle bzw. des Rollenkörpers
- D
- Durchmesser des zylindrischen Rollenkörpers
- E
- Mittenebene des Rollenkörpers senkrecht zu Rollenachse
- L
- Länge des zylindrischen Rollenkörpers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0543531 A1 [0003]
- DE 102008029944 A1 [0005]
