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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Kühlen und
Führen
von Gießriemen
in Vorrichtungen, die zum kontinuierlichen Gießen von Metallstreifengegenständen verwendet
werden, insbesondere Doppelriemengießer, die zum Gießen von
Aluminiumlegierungen und ähnlichen
Metallen verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf
eine Riemengießvorrichtung,
die eine derartige Kühl-
und Führungsausrüstung aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Die
Herstellung von Metallstreifengegenständen, insbesondere den aus
Aluminium und Aluminiumlegierungen hergestellten, durch Doppelriemengießen ist
im Stand der Technik bekannt. Das Gießen dieser Art bringt die Verwendung
eines Paares von Endlosriemen mit sich, die üblicherweise aus einem flexiblen,
jedoch steif elastischen Stahl, Kupfer oder dergleichen hergestellt
sind, die drehbar über geeignete
Rollen oder andere pfaddefinierende Mittel und Lagerungen angetrieben
sind. Die Riemen definieren eine zwischen sich bewegenden Gießflächen von
zugewandten, allgemein ebenen Abschnitten der Riemen gebildete Gießform. Geschmolzenes
Metall wird kontinuierlich in das Einlassende der Form über einen
Injektor oder eine andere Zuführvorrichtung eingeführt, und
das Metall wird gekühlt,
während
es durch die Form läuft,
um als kontinuierlicher Metallstreifengegenstand mit gewünschter
Dicke auszutreten. Eine Kühlvorrichtung
ist im allgemeinen für
jeden Riemen vorgesehen, um die erforderliche Kühlwirkung bereitzustellen,
um ein Aushärten
des Metalls in der Form zu veranlassen. Eine derartige Kühlvorrichtung
kann durch Aufbringen einer Kühlflüssigkeit (z.B.
Wasser oder Wasser mit geeigneten Additiven) auf eine hintere Fläche jedes
Riemens, d.h. die der Gießfläche in der
Region der Gießform
gegenüberliegende
Fläche,
und anschließendes
Abführen
und üblicherweise
Recyceln der Kühlflüssigkeit,
nachdem sie die gewünschte
Kühlwirkung
bereitgestellt hat, arbeiten. Es ist ebenso in Vorrichtungen dieser
Art üblich,
einen flüssigen
Riemenbelag, beispielsweise Öl oder
dergleichen, auf die Gießfläche jedes
Riemens aufzubringen, bevor dieser in die Gießform eintritt. Dies trägt dazu
bei, die Wärmeübertragungsrate
von dem geschmolzenen Metall zu den Riemen zu steuern und verhindert,
dass das geschmolzene Metall an den Riemen anhaftet.
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Doppelriemengießvorrichtungen
dieser Art sind beispielsweise im US-Patent 4,008,750, das am 22. Februar
1977 für
Sivilotti et al erteilt wurde, dem US-Patent 4,061,178, das am 6.
Dezember 1977 für Sivilotti
et al erteilt wurde, dem US-Patent 4,061,177, das am 6. Dezember
1977 für
Sivilotti et al erteilt wurde und dem US-Patent 4,193,440, das am
18. März 1980
für Thorburn
et al erteilt wurde, offenbart. Das Patent '440 offenbart eine Anordnung einer Riemenkühl- und
Führungseinrichtung,
die allgemein ebene Lagerungen für
die Riemen aufweist, welches aus einem Feld von federbeaufschlagten
Kühldüsen hergestellt
sind, die hexagonale Flächen
besitzen, welche mit zentralen Mündungen
ausgestattet sind, von welchen eine Kühlflüssigkeit veranlasst wird, unter Druck
in Kontakt mit den hinteren Flächen
der Riemen zu strömen,
wenn diese durch die Gießform
laufen. Die hexagonale Form der Düsen bedeutet, dass sie nahe
benachbart zueinander angeordnet werden können, um eine praktisch kontinuierliche
Fläche
zu bilden, um sowohl eine gute Lagerung als auch eine gleichmäßige Kühlwirkung
bereitzustellen. Allerdings sind die Düsen nicht sehr aneinandergrenzend,
so dass kleine Spalte verbleiben, durch welche die gespendete Kühlflüssigkeit
passieren kann.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 605 094 von Kaiser Aluminum & Chemical Corporation
(Erfinder Donald C. Kush), veröffentlicht
am 6. Juli 1994, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
kontinuierlichen einer sich bewegenden Bahn, während gleichzeitig eine Kühlflüssigkeit
von der Bahn beseitigt wird. Ein Strom von Quetschflüssigkeit
wird transversal über
die Bahn aufgebracht, um diese zu kühlen, und ein Fluidhaltegas
wird auf beiden Seiten des Quetschfluids positioniert, um ein Haltefluid
zu dem Quetschfluid zu richten, um einen kontinuierlichen Haltefluid-Vorhangstrom
herbeizuführen,
um ein Passieren des Quetschfluids über den Punkt hinaus zu verhindern,
an welchem das Haltefluid eingeführt
wird.
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Das
US-Patent 3,799,239, das am 26. März 1974 für das Institut De Recherches
de La Siderurgie Francaise erteilt wurde, offenbart ein kontinuierliches,
vertikales Gießverfahren,
bei welchem eine zwischen vier Endlosbändern gebildete Form eingesetzt
wird. Die inneren Abschnitte der Bänder werden durch ein flüssiges Kühlmittel
gekühlt,
das in obere Enden gelassen wird und an unteren Enden von schmalen
Kammern ausgestoßen
wird, die benachbart zu einem Abschnitt sind und sich entlang der
gesamten Breite und Länge
derselben erstrecken. Die Einlässe
und Auslässe
der Kammern sind durch bogenförmige
Flächen
begrenzt, die sicherstellen, dass das Kühlmittel ohne beträchtliche
Turbulenz in die Kammern eintritt und diese verlässt.
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Das
US-Patent 3,041.686, das am 3. Juli 1962 für die Hazelett Strip-Casting Corporation
erteilt wurde, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Vorsehen einer sich schnell bewegenden Schicht aus flüssigem Kühlmittel,
das dazu vorgesehen ist, große
Mengen von Wärme
von einer Oberfläche
abzuziehen, die beispielsweise zum Gießen geschmolzenen Metalls verwendet
wird. Das Verfahren beinhaltet das Ausstoßen einer Mehrzahl paralleler Strahle
von flüssigem
Kühlmittel,
das Auftreffen der Strahle unter einem leichten Winkel gegen eine
Führungsfläche, die
von der Oberfläche
eines Gießriemens
beabstandet ist und sich nahe der Oberfläche des Riemens erstreckt,
ein Aufteilen der Strahle seitlich entlang der Führungsfläche, um eine Anfangsschicht
aus Kühlmittel
zu bilden, welche die Führungsfläche bedeckt
und sich entlang dieser bewegt, ein Ausstoßen der Anfangsschicht des
Kühlmittels von
der Führungsfläche als
freibewegliche Kühlmittelschicht,
die sich entlang des Raums zwischen der Führungsfläche und dem Gießriemen
bewegt, und ein Auftreffenlassen der sich freibewegenden Kühlmittelschicht
bei einem leichten Winkel auf die Oberfläche des Gießriemens zum Erzeugen der sich schnell
bewegenden Schicht flüssigen
Kühlmittels, die
sich schnell entlang der Oberfläche
des Gießriemens
bewegt.
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Während zumindest
einige der obigen Vorrichtungen und Verfahren sich als sehr wirksam
erwiesen haben, sind Schwierigkeiten aufgetreten, insbesondere wenn
eine Vorrichtung dieser Art zum Herstellen von Streifengegenständen, die
dünner sind
als die herkömmlich
hergestellten (z.B. Streifengegenstände mit einer Dicke im Bereich
von 4 bis 10 mm, verglichen mit 10 bis 30 mm bei herkömmlichem Gießen), und/oder
für solche,
die aus Legierungen mit längeren
Erstarrungsbereichen (z.B. mit einem Erstarrungsbereich von 40 bis
50°C, verglichen
mit bis zu 20°C
für Legierungen
mit kürzerem
Erstarrungsbereich) verwendet. Legierungen mit einem langen Erstarrungsbereich
müssen
viel schneller und gleichmäßiger gekühlt werden
als Legierungen mit einem kurzen Erstarrungsbereich, um eine gute Oberflächen- und
Innenqualität
wie eine Verfestigung innerhalb der Form zu erzielen. Streifengegenstände mit
dieser verminderten Dicke, und Gegenstände, die aus Legierungen mit
längeren
Erstarrungsbereichen hergestellt sind, sind für die Automobilindustrie von besonderem
Interesse. Allerdings erfordert das Gießen dieser Legierungen und
Dicken stärker
gesteuerte Gießbedingungen,
als sie durch vorbekannte Gießkühlsysteme
bereitgestellt werden können.
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Dementsprechend
gibt es ein Bedarf nach einer verbesserten Riemenkühl- und
Führungsvorrichtung
und nach entsprechenden Verfahren, so dass diese Probleme bei Verwendung
der Riemengießvorrichtung
vermieden werden können.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine herkömmliche
Riemengießvorrichtung derart
zu verbessern, dass Innen- und Oberflächenunregelmäßigkeiten
des gegossenen Streifengegenstandes und eine Riemenverformung vermieden
oder minimiert werden können,
insbesondere beim Gießen
dünner
Streifengegenstände
oder von Legierungen mit langen Erstarrungsbereichen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, das Kühlen der Riemen von Riemengießern transversal
zu den Riemen gleichmäßiger zu
machen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Kühlraten (Wärmefluss), die in Riemengießern erzielt
werden können,
zu verbessern, ohne Innen- und Oberflächenunregelmäßigkeiten
des entstehenden, gegossenen Streifengegenstandes zu verursachen, und
während
eine Riemenverformung vermieden wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Riemenkühl- und
Führungsvorrichtung
bereitzustellen, die mit der Riemengießvorrichtung verwendet werden
kann.
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Die
vorliegende Erfindung basiert zumindest in ihrer Hauptzielrichtung
auf der Feststellung, dass bei Verwendung eines Doppelriemengießens zum Herstellen
von dünnen
Metallstreifengegenständen oder
Gegenständen
aus Legierungen mit langen Erstarrungsbereichen, insbesondere wenn
ein flüssiger Riemenbelag
auf die Gießoberflächen aufgebracht wird,
ein sehr hohes Maß an
Gleichmäßigkeit
des Kühlens
transversal zu den Riemen in der Region unmittelbar benachbart zu
dem Gießformeinlass
erforderlich ist, wo das geschmolzene Metall zuerst in Kontakt mit
den sich bewegenden Gießflächen gebracht
wird. Dieses Maß an
Gleichförmigkeit
ist größer als
das herkömmlich
mit Vorrichtungen der oben beschriebenen Art erzieltem Maß. Eine
Konsequenz hieraus ist, dass wenn flüssige Trennschichten (flüssiger Riemenbelag)
in der Region verwendet werden, in welcher das geschmolzene Metall
zuerst in die Form eingebracht wird, der gesamte oder ein Teil des flüssigen Riemenbelages
sich verflüchtigen
wird und eine isolierende Gasschicht bilden wird, die einen wesentlichen
Einfluss auf die Wärmeübertragung von
dem Metall zu dem Riemen besitzt. Die Gleichmäßigkeit der Verflüchtigung
und der isolierenden Gasschicht hängt von der Gleichmäßigkeit
der Riementemperatur und somit von der Gleichmäßigkeit des Riemenkühlens ab.
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In
der vorliegenden Erfindung wird zum Erzielen des gewünschten
hohen Maßes
an Transversaltemperaturgleichmäßigkeit
und einer erwünscht hohen
Kühlrate
Kühlflüssigkeit
bevorzugt zu der Rückseite
der Riemen in dieser Region in der Form eines kontinuierlichen Films
mit gleichmäßiger Dicke und
Strömungsgeschwindigkeit,
betrachtet in der Transversalrichtung des Riemens, zugeführt. Ein derartiger
Film kann mittels von Kühldüsen erzeugt werden,
die transversal angeordnete, kontinuierliche Kühlschlitze besitzen, anstelle
mittels einer Anzahl kleiner, einzelner Düsen mit einer oder mehreren, diskreten
Zuführöffnungen,
oder sogar Quasi-Linear-Düsen
mit einer großen
Anzahl kleiner Öffnungen, die
transversal zu dem Riemen ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt
gibt es eine Einrichtung zum Beseitigen der Kühlflüssigkeit stromabwärts des
kontinuierlichen Schlitzes/der kontinuierlichen Schlitze, und möglicherweise
auch stromaufwärts
zumindest des ersten der Schlitze. Ein Vakuumsystem ist vorteilhaft
mit der Kühlflüssigkeits-Beseitigungseinrichtung
derart verknüpft,
dass das Vakuumsystem nicht nur die gespendete Kühlflüssigkeit beseitigt, sondern auch
eine stabilisierende Kraft für
den Riemen zum Stabilisieren seiner Position in Bezug auf eine Tragfläche der
Kühldüsen bereitstellt.
Der Druck der Wasserinjektion und die durch das Vakuumsystem erzeugte
Kraft arbeiten an dem Riemen in entgegengesetzten Richtungen und
erreichen ein Gleichgewicht, das einen gewünschten Abstand des Riemens
von der Tragfläche
der Kühldüsen aufrechterhält und somit
dazu dient, den Riemen niederzuhalten und seine Position stabilisiert.
Die Aufrechterhaltung des gewünschten
Abstandes trägt
ebenso dazu bei, die Gleichmäßigkeit
der Dicke und die Strömungsrate der
Schicht oder des Films aus Kühlflüssigkeit
aufrecht zu erhalten.
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Somit
wird gemäß einer
Zielrichtung der vorliegenden Erfindung eine Riemenkühl- und
Führungsvorrichtung
für einen
Gießriemen
eines Doppelriemengießers
bereitgestellt, der ausgestattet ist mit einem Paar drehbar gelagerter
Endlosgießriemen, einer
zwischen sich bewegenden Gießflächen einander
zugewandter, allgemein ebener Abschnitte der Riemen gebildeten Gießform, wobei
die Abschnitte der Gießflächen gegenüberliegende
Rückflächen besitzen,
wobei die Gießform
an einem Ende einen Eingang für
geschmolzenes Metall und an einem entgegengesetzten Ende einen Auslass
für einen
verfestigten Blechgegenstand, und einen Gießinjektor zum Einführen geschmolzenen
Metalls in die Gießform
an dem Eingang der Gießform
besitzt.
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Die
Kühl- und
Führungsvorrichtung
umfasst zumindest eine längliche
Düse, die
eine einer Rückfläche des
Gießriemens
zugewandte Tragfläche
besitzt, einen kontinuierlichen Schlitz in der Tragfläche, der
transversal im wesentlichen vollständig entlang des Gießriemens
zum Zuführen
von Kühlflüssig zu der
Rückfläche des
Riemens in der Form eines kontinuierlichen Films, der eine im wesentlichen
gleichmäßige Dicke
und Strömungsgeschwindigkeit
betrachtet in der Transversalrichtung des Riemens besitzt, angeordnet
ist, eine Drainageöffnung
zur Beseitigung von Kühlflüssigkeit
in einer von dem kontinuierlichen Schlitz beabstandeten Position,
und ein mit der Drainageöffnung
verknüpftes
Saugsystem zum Aufbringen einer Saugwirkung auf die Drainageöffnung aufweist.
Der längliche
Schlitz ist entlang seiner gesamten Länge ununterbrochen, so dass
es keine Barrieren für
die Strömung
der Kühlflüssigkeit
von dem Schlitz gibt.
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Die
Vorrichtung kann in der Form eines Einbauteils zum Einbauen in eine
stehende Ausrüstung unterhalb
der Gießriemen
hergestellt sein, oder kann in einen Riemengießer als integraler Teil davon
eingebaut sein.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenso auf einen Doppelriemengießer der
oben beschriebenen Art mit einer solchen Kühl- und Führungsvorrichtung für zumindest
einen und bevorzugt beide Gießriemen,
die an den Rückflächen der
Riemen positioniert ist und auf diese wirkt.
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Gemäß einer
weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine Düse für eine Riemenkühl- und
Führungsvorrichtung
bereitgestellt, umfassend eine Tragfläche zum Tragen einer Rückfläche eines
Gießriemens,
wobei die Tragfläche
eine Länge
entsprechend einer Breite des Riemens besitzt, einen länglichen,
kontinuierlichen Schlitz in der Tragfläche mit einer Länge im wesentlichen
gleich der Länge
der Tragfläche
zum Zuführen
der Kühlflüssigkeit
in der Form eines kontinuierlichen Films, der eine gleichmäßige Dicke
und Strömungsgeschwindigkeit
entlang des Schlitzes besitzt, und eine Drainageöffnung zur Beseitigung von
Kühlflüssigkeit,
die von dem kontinuierlichen Schlitz beabstandet ist.
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Gemäß noch einer
weiteren Zielrichtung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Gießriemens
eines Doppelriemengießers
bereitgestellt, der zum Gießen von
Metall verwendet wird, umfassend das Aufbringen einer Kühlflüssigkeit
auf eine Rückfläche des Gießriemens,
wenn der Gießriemen
durch eine Gießform über eine
Tragfläche
passiert, und Beseitigen der Kühlflüssigkeit
von der Umgebung der Rückfläche nach
der Aufbringung, wobei in einer Region, in welcher der Gießriemen
zuerst in die Gießform
eintritt, der Riemen in einer gewünschten Position in Bezug auf
die Tragfläche
gehalten wird und Kühlflüssigkeit
in der Form eines kontinuierlichen Films aufgebracht wird, der eine
gleichmäßige Dicke
und Strömungsgeschwindigkeit
betrachtet in der Transversalrichtung des Riemens besitzt.
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Die
Kühlflüssigkeit
wird bevorzugt durch einen kontinuierlichen Schlitz aufgebracht,
der sich vollständig
entlang des Riemens erstreckt, und die Kühlflüssigkeit wird von der Umgebung
der Rückfläche durch
Aufbringen einer Saugwirkung durch eine längliche Drainageöffnung beseitigt,
die transversal zu dem Riemen und von dem Schlitz beabstandet angeordnet
ist. Ein flüssiger
Riemenbelag wird ebenso bevorzugt auf die Gießfläche des Riemens aufgebracht,
bevor die Gießfläche in die
Gießform
eintritt.
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Mit
dem Begriff "kontinuierlicher
Schlitz", wie er
hier verwendet wird, meinen wir eine längliche Mündung in der Tragfläche der
Düse, die
keine Unterbrechungen von dem Transversalende der Düse (in Bezug
auf den Gießriemen)
zu dem anderen besitzt. Der Schlitz öffnet sich an seiner inneren
(Kühlflüssigkeitseintritts-)Seite
allgemein in eine Kammer, die innerhalb der Düse positioniert ist und einen
Verteiler bildet, zu welchem flüssige
Kühlflüssigkeit über Einlassdurchgänge zugeführt wird,
wobei die Kammer so breit ist wie der Schlitz lang und ein ausreichendes
Volumen besitzt, so dass Kühlflüssigkeit
in die Kammer durch die Einlassrohre unter Druck eingeführt und
zu der offenen Seite des Schlitzes mit ausgeglichenem Druck und
ausgeglichener Strömung
an allen Punkten entlang der Länge
des Schlitzes geliefert werden kann.
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Die
Breite (in der Vorschubrichtung des Riemens) des Schlitzes jeder
geschlitzten Düse
ist bevorzugt so klein wie möglich
ausgeführt,
ohne Probleme eines Blockierens durch Partikel anzutreffen, die unvermeidlich
in der Kühlflüssigkeit
vorhanden sind. Die Breite liegt bevorzugt im Bereich von 0,125
bis 0,15 mm (0,005 bis 0,006 Inch). Die Kühlflüssigkeit wird bevorzugt gründlichen
gefiltert, bevor sie zu der Düse
geliefert wird, um Partikel zu beseitigen, die in dem Schlitz festgehalten
werden könnten,
d.h. Partikel mit einer Abmessung von mehr als etwa 0,125 mm.
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Die
Düse bzw.
die erste Düse,
falls mehr als eine verwendet wird, ist bevorzugt unmittelbar benachbart
zu dem Eingang der Gießform
positioniert. Mit dem Begriff "unmittelbar
benachbart zu dem Eingang der Gießform" meinen wir, dass die Kühldüse(n), die
mit den transversalen Schlitzen ausgestattet sind, die ersten Kühlmittel
für die
Riemen sind, wenn sich die Riemen durch den Eingang der Gießform bewegen,
und dass die Kühldüsen sich an
der Rückfläche des
Riemens von einer Position gerade davor zu einem Abstand hinter
den Punkt erstrecken, bei welchem geschmolzenes Metall den Riemen
zuerst berührt,
so dass eine ausreichende Wärmeabfuhr
von dem geschmolzenen Metall beginnen kann, um einen normalen Betrieb
des Gießverfahrens
sicherzustellen.
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Bevorzugt
gibt es für
jeden Riemen zwei Düsen,
die mit solchen Schlitzen ausgestattet sind, und besonders bevorzugt
gibt es 2 bis 4 solche Düsen, die
eine nach der anderen positioniert sind und sich entlang der Gießform von
dem Eingang zu dem Auslass von mindestens einen Abstand erstrecken,
der effektiv ist, um die Region abzudecken, in welcher eine Verfestigung
des geschmolzenen Metalls sehr empfindlich gegenüber Transversalvariationen
der Kühlwirkung
ist (wobei die erste solcher Düsen
bevorzugt unmittelbar benachbart zu dem Eingang der Gießform positioniert
ist). Dieser Abstand variiert von Riemengießer zu Riemengießer, und
variiert für
jeglichen bestimmten Riemengießer
entsprechend der Zusammensetzung des Metalls, der Gießdicke,
der Gießgeschwindigkeit,
der Natur des Riemens und des Riemenbelages etc., beträgt jedoch
oftmals zumindest 6,6 cm (2,6 Inch), einschließlich zumindest zweier geschlitzter
Düsen.
Falls erwünscht,
kann das gesamte Kühlen
und Führen
jedes Riemens mit geschlitzten Düsen
ausgestattet werden, die eine nach der anderen entlang der Länge der
Gießform
angeordnet sind, jedoch ist dies üblicherweise nicht bevorzugt.
Sobald das Metall durch die Region extremer Empfindlichkeit gegenüber einer
Kühlvariation
fortgeschritten ist, kann die Aufgabe des weiteren Kühlens durch
eine herkömmliche
Kühl- und
Führungseinrichtung
(beispielsweise von der in dem oben genannten US-Patent 4,193,440
offenbarten Art) übernommen werden,
die im allgemeinen leicht elastisch derart zu montieren sind, um
eine Hohlraumkonvergenz zum Vorsehen einer kontinuierlichen Lagerung
und zum Kühlen
des Metalls aufzunehmen, da dieses während des Kühlens schrumpft. Die erste
Reihe einer solchen, herkömmlichen
Kühl- und
Führungseinrichtung
sollte bevorzugt dazu ausgelegt sein, einen sanften Übergang
beim Kühlen
und bei der Lagerung von den geschlitzten Düsen zu den herkömmlichen Düsen bereitzustellen.
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Jede
geschlitzte Düse
der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt an ihrem stromaufwärtsgelegenen
und stromabwärtsgelegenen
Rand durch eine Drainageöffnung
(bevorzugt eine Transversalnut in der Tragfläche für den Riemen) begrenzt, um
gespendete Kühlflüssigkeit
zu empfangen und die Flüssigkeit
von der Umgebung des Riemens unter Saugwirkung zu beseitigen. Jede
Drainageöffnung
ist breiter (in der Richtung des Vorschreitens des Riemens) als
der Schlitz der als nächstes
stromaufwärtsgelegenen
Düse (üblicherweise
zumindest 10 mal breiter), so dass eine schnelle und vollständige Beseitigung
gespendeter Kühlflüssigkeit
von der Rückfläche des
Riemens erzielt werden kann. Selbstverständlich sollte die Breite jeder
Drainageöffnung
nicht derart groß sein,
dass die Wärmeübertragung
infolge einer verminderten Kühlflüssigkeitsgeschwindigkeit
oder eines Durchhängens
des die Öffnung überspannenden
Riemens infolge eines Fehlens angemessener Lagerung unterbrochen
wird. Im allgemeinen sollten die Drainageöffnungen eine Breite von bevorzugt
1,5 bis 3 mm besitzen.
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Die
geschlitzten Düsen
der vorliegenden Erfindung stellen nicht nur eine Kühlung für die Gießriemen
bereit, sondern dienen auch in einem beträchtlichen Ausmaß als Führungen
für die
Riemen. Das heißt,
die Düsen
stellen eine körperliche
Lagerung für die
Riemen bereit und dienen mittels eines Vakuums oder eines Saugens
zum Halten der Riemen gegenüber
Störungen
ihrer Positionen, welche durch mechanische oder thermische Kräfte verursacht
werden können.
Die Riemen werden somit zu den Düsentragflächen gezogen,
um einen Gleichgewichtsabstand ("stand-off" – ein Trennung) zu erzielen,
welcher die Art von Kühlflüssigkeitsströmung ermöglicht, die
oben beschrieben wurde. Diese Haltewirkung kann teilweise von der
durch die Vorrichtung zum Beseitigen der Kühlflüssigkeit von der Vorrichtung
aufgebrachte Saugwirkung, kann jedoch auch teilweise durch eine
Bernoulli-Wirkung
kommen, welche durch die Kühlflüssigkeit
erzeugt wird, die über
die Flächen der
geschlitzten Düsen
strömt.
Die Düsen
können dazu
ausgelegt sein, diese Wirkung zu optimieren, beispielsweise durch
geeignetes Profilieren der Tragflächen der Düsen in der Region des Schlitzes
oder an den äußersten
Rändern
der Tragflächen
in den stromaufwärts-
und stromabwärtsgelegenen
Richtungen.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist besonders geeignet zur Verwendung in Riemengießern, in
denen ein flüssiger
Riemenbelag (z.B. ein verflüchtigbares Öl) auf die
Gießflächen des
Riemens vor einem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall aufgebracht
wird. Allerdings kann die Erfindung ohne die Verwendung eines flüssigen Riemenbelages
dieser Art ausgeführt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann die Bildung innerer und/oder oberflächlicher
Defekte in dem gegossenen Gegenstand verhindern, welche durch einen
Mangel an gleichmäßiger Kühlung verursacht werden,
und zwar selbst wenn Legierungen in dünnen Abschnitten oder Legierungen
mit einem langen Erstarrungsbereich gegossen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine allgemeine Seitenansicht hauptsächlich in
einer Ansicht und relativ vereinfacht, ohne zugehörige Antriebs-
oder Lagermittel, einer Doppelriemengießvorrichtung, mit welcher die
vorliegende Erfindung genutzt werden;
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2 ist eine teilweise Draufsicht
einer Tragfläche
für einen
unterer Riemen der Vorrichtung der in 1 gezeigten
Art, welche eine Kühl-
und Treibvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, und ebenso eine herkömmliche Kühleinrichtung und einen Teil
des unteren Gießriemens zeigt;
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3A und 3B sind eine teilweise Draufsicht bzw.
ein vertikaler Ausschnitt einer Ausführungsform einer geschlitzten
Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Figuren zueinander ausgerichtet sind, und 3B ist ein Schnitt entlang
der Linie I–I in 3A;
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4 und 5 sind vertikale Schnittansichten alternativer
Ausführungsformen
der in 4 gezeigten Ausführungsform
für geschlitzte
Düsen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6A und 6B sind eine teilweise Draufsicht bzw.
ein vertikaler Querschnitt eines Teils eines Riemengießers, der
ein alternatives Düsendesign
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wobei die Ansichten zueinander ausgerichtet sind
und 6B ein entlang der
Linie II–II
aus 6A geführter Schnitt ist;
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7 ist ein Diagramm, welches
die Belastung auf den Riemen in Bezug zu dem Riemenabstand für eine Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung
und zum Vergleich für
eine herkömmliche Vorrichtung
zeigt; und
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8 ist ein Diagramm, welches
die Veränderung
des Wärmeübertragungskoeffizienten
für eine
Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung und zum Vergleich für
eine herkömmliche
Vorrichtung zeigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ist in 1 ein Beispiel einer Riemengießmaschine 10 in
vereinfachter Form gezeigt. Die Maschine 10 umfasst ein
Paar drehbarer, elastisch flexibler, wärmeleitender Gießriemen,
die ein oberer und ein unterer Endlosriemen 11 und 12 sind,
die angeordnet sind, um in ovalen oder andersartig schleifenförmigen Pfaden
in den Richtungen der Pfeile zu laufen, so dass die Riemen beim
Durchlaufen einer Region, in welcher sie einander zugewandt sind,
optional beim Bewegen mit einem geringen Maß einer nach unten gerichteten
Neigung, eine Gießform 14 definieren,
die sich von einem Eingang 15 für geschmolzenes Metall zu einem
Ausstoßauslass 16 für einen
erhärteten
Streifengegenstand erstrecken. Nach dem Durchlaufen durch die Gießform und
dem Austreten von dem Auslass 16 werden die Riemen 11 und 12 gedreht
und durch große
Antriebsrollen 17 und 18 angetrieben, um zu dem
Eingang 15 zurückzukehren,
nachdem Sie um gekrümmte
Führungsstrukturen 19 und 20 (die
als Luftkissenlager bzw. Hover-Lager
bezeichnet werden) zurückzukehren. Die
Antriebsrollen 17 und 18 sind mit geeigneten Motorantrieben
(nicht gezeigt) verbunden.
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Geschmolzenes
Metall kann in die Gießform 14 mittels
eines Injektors 21 bekannter Art eingespeist werden, beispielsweise
wie in dem US-Patent 5,671,800 beschrieben, das am 30. September
1997 für
Sulzer et al erteilt worden ist. Wenn sich das geschmolzene Metall
in der Form 14 entlang der Riemen bewegt, werden die Riemen
kontinuierlich gekühlt,
um eine Verfestigung des Metalls zu veranlassen, so dass ein fester,
gegossener Streifengegenstand (nicht gezeigt) an dem Auslass 16 ausgestoßen wird.
Mittel zum Kühlen
der Rückflächen der
Riemen, während
diese durch die Form 14 passieren, sind zu diesem Zweck
vorgesehen.
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In
einer herkömmlichen
Vorrichtung, beispielsweise wie in dem US-Patent 4,193,440 offenbart, kann die
Kühleinrichtung
durch eine große
Anzahl von im wesentlichen ebenflächigen, hexagonal berandeten
Düsenstrukturen
gebildet sein, die derart angeordnet sind, um mit einem geringen
Abstand von dem Riemen die der Rückfläche jedes
Riemens zugewandte Fläche,
d.h. die Oberfläche
der Region jedes Riemens in der Form 14, welche der Gießfläche gegenüberliegt,
die das geschmolzene Metall berührt und
formt, zu bedecken. Die Anordnung von Düsen stellt sowohl eine Lagerung
für die
Abschnitte der Riemen, die durch die Form passieren, als auch eine Kühlung derselben
bereit. Jede Düse
besitzt zumindest eine Mündung,
durch welche Kühlflüssigkeit (z.B.
Wasser oder eine wässrige
Lösung)
senkrecht auf die Rückfläche eines
benachbarten Riemens ausgestoßen
wird, woraufhin die Kühlflüssigkeit
nach außen über die
Tragfläche
(ebene Fläche)
der Düse strömt. Auf
diese Weise wird die flüssige
Kühlflüssigkeit
als schnellströmende
Schicht zwischen dem Riemen und der Anordnung von Düsenflächen aufrechterhalten,
so dass die Tragflächen
die Rückflächen der
Riemen niemals direkt (Metall zu Metall) berühren.
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Die
Düseneinheiten
der Kühlvorrichtung
können
durch Grundstrukturen getragen sein, die ebenso als Primärverteiler
für die
Kühlflüssigkeitszufuhr dienen.
Beispielsweise können
die Grundstrukturen schwere Stahltragplatten aufweisen, die Durchgänge zum
Aufnehmen der Schäfte
(inneren Enden) der Düseneinheiten
besitzen. Eine zugehörige
Ausrüstung wird üblicherweise
ebenso vorgesehen, um Kühlflüssigkeit
von der Anordnung von Düsenflächen durch schmale
Spalte, die zwischen den Düsenflächen vorgesehen
sind, zu beseitigen. Die Düsen
können
elastisch an der Grundstruktur montiert sein, um eine begrenzte
Bewegung der Riemen während
des Gießvorganges
zu ermöglichen,
wenn eine Hohlraumkonvergenz verwendet wird, um die Riemen in Kontakt mit
dem Metall innerhalb der Gießform
zu zwängen.
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In
der vorliegenden Erfindung wird, wie in einer bevorzugten Ausführungsform
in 2 gezeigt, zumindest
ein Teil der Kühlflüssigkeit über zumindest eine
Düse 30,
die in der Querrichtung des zugehörigen Riemens 12 länglich ist
und mit einem länglichen Schlitz 31 ausgestattet
ist, eingeführt.
Die Figur zeigt zwei solche Düsen 30,
es kann jedoch nur eine sein, und es gibt üblicherweise zumindest 2 bis
4, die eine nach der anderen transversal zu der Längsrichtung des
Riemens 12 (angegeben durch einen Pfeil A) angeordnet sind,
wobei sie sich im wesentlichen vollständig von einer Seite des Riemens
zu der anderen erstrecken und der Rückfläche des Riemens zugewandt sind.
Die Schlitze 31 sind in den allgemein ebenen Tragflächen 32 der
Düsen 30 vorgesehen und
sind unmittelbar benachbart zu dem Eingang 15 für geschmolzenes
Metall (siehe 1) der
Gießform 14 positioniert,
so dass durch die Schlitze eingeführte Kühlflüssigkeit die erste Kühlflüssigkeit
ist, welche die Rückfläche des
Gießriemens 12 berührt, wenn
sich der Riemen durch die Gießform
in der Richtung des Riemenvorschubes bewegt. Die Tragflächen der
benachbarten Düsen
sind voneinander durch Spalte 33 (von denen nur ein Spalt
in 2 gezeigt ist) getrennt,
die als Kühlflüssigkeitsdrainagen dienen.
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Die
Schlitze 31 sollten bevorzugt zentral in den Tragflächen gelegen
sein und sollten bevorzugt eine konstante Spaltbreite entlang ihrer
gesamten Länge
(transversal zu dem Riemen) besitzen. Es ist normalerweise bevorzugt, die
Schlitze ausreichend schmal auszulegen, so dass die Kühlflüssigkeitsströmung durch
den Spalt mit derjenigen vergleichbar ist, die durch eine Reihe
von Punktquellendüsen
eines herkömmlichen
Typs (d.h. Hexagonaldüsen),
die entlang derselben Länge
gelegen sind, bereitgestellt würde.
Allerdings sind die Schlitze in der vorliegenden Erfindung ausreichend
breit ausgeführt,
so dass der Spalt annähernd
alle der Schwemmpartikel durchlassen kann, die in der Kühlflüssigkeit
vorhanden sein können,
wobei andernfalls die Schlitze durch Festpartikeln in bestimmten
Abschnitten blockiert werden, wodurch eine ungleichmäßige Flüssigkeitsströmung und
somit ein ungleichmäßiges Kühlen transversal
des Gießriemens
erzeugt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass die Schlitze normalerweise
schmaler als 0,125 mm (0,005 Inch) sein sollten, und bevorzugt eine
Breite im Bereich von 0,125 bis 0,15 mm (0,005 bis 0,006 Inch) haben
sollten, was zu einer etwas größeren Querschnittsfläche in dem Schlitz
führt,
als dies basierend auf dem Äquivalent zu
den Punkteinlässen
in einer Reihe herkömmlicher Düsen angenommen
würde.
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Um
zu verhindern, dass Partikel mit einer Abmessung von mehr als 0,005
in die Kühlvorrichtung eintreten,
ist es bevorzugt, dass eine wirksame Filterausrüstung (nicht gezeigt) für die Kühlflüssigkeit
vorgesehen ist, bevor diese in die Kühlvorrichtung eintritt. Eine
herkömmliche
Filterausrüstung
jeglicher geeigneter Art kann zu diesem Zweck verwendet werden.
Es kann ebenso wünschenswert
sein, einen Rost-Inhibitor oder dergleichen in der Kühlflüssigkeit zu
verwenden, um die Bildung von Rostpartikeln in der Kühlflüssigkeitszufuhr-
und Rückführvorrichtung zu
verhindern.
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Eine
gleichmäßige Strömung der
Kühlflüssigkeit
kann veranlasst werden, von jedem Schlitz 31 auszutreten,
so dass ein gleichmäßiger Film
aus Kühlflüssigkeit
an der Rückfläche des
Riemens 12 erzeugt wird. Dies stellt ein Kühlen bereit,
das extrem gleichmäßig und
ausgeglichen in der Querrichtung entlang des Riemens ist, mit dem
Ergebnis, dass innere und oberflächliche
Unregelmäßigkeiten
in dem gegossenen Streifengegenstand, der aus der Gießform 14 austritt,
vermieden werden können.
Gleichmäßigkeit
in der Richtung des Vorschubes des Riemens wird durch die Abmessungen
und den Abstand der Schlitze und Drainagen gesteuert und ist ausreichend
um sicherzustellen, dass ein kontinuierliches, monotones Kühlen erzielt
wird (kein örtliches
Erwärmen
des Metallstreifens).
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Es
wurde festgestellt, dass die Region der Vorrichtung, in welcher
ein hohes Maß von
transversaler Gleichmäßigkeit
des Kühlens
wesentlich (anstelle nur bevorzugt) ist, auf den vorderen Abschnitt der
Gießform
von einer Position (in der Richtung des Vorschubes der Riemen),
in welcher das geschmolzene Metall die Gießriemen zuerst berührt und
ein Verflüchtigen
des flüssigen
Riemenbelages (wenn verwendet) auftreten kann, zu einer Position,
in welcher eine gleichmäßige Verfestigung
für die
oberflächliche
und innere Qualität
des gegossenen Streifens nicht kritisch ist, begrenzt ist. Während weiteres Kühlen stromabwärts dieses
vorderen Abschnitts der Form erforderlich ist, kann in dieser stromabwärtsgelegenen
Region ein herkömmliches
Kühlen
verwendet werden. Somit kann, wie in 2 gezeigt,
unmittelbar nach den geschlitzten Düsen 30 die Lagerung und
das Kühlen
des Riemens durch eine Mehrzahl elastisch eingebauter, hexagonal
berandeter Düsen 34 der
in dem US-Patent 4,193,440 verwendet werden, die zentrale Öffnungen 35 zum
Einspritzen von Kühlflüssigkeit
besitzen und eine Kühlflüssigkeitsbeseitigungssystem
mit Drainagespalten 36 und Drainagedurchgängen (nicht
gezeigt) unterhalb der hexagonalen Tragflächen 37 besitzen.
Im Gegensatz hierzu sind die geschlitzten Düsen selbst im allgemeinen nicht
elastisch in der Gießvorrichtung
eingebaut (d.h. sie sind starr eingebaut), und zwar hauptsächlich aufgrund
der verminderten Notwendigkeit nach einen derartigen Einbau in dem
Eintrittsabschnitt der Gießform,
wo das Metall nur teilweise verfestigt ist.
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3A und 3B sind zwei vereinfachte Ansichten einer
Anordnung geschlitzter Düsen
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei 3A eine Draufsicht
und 3B ein entsprechender,
vertikaler Längsschnitt
ist. Die Ansichten zeigen eine Anordnung von zwei linearen Düsen 30 und
veranschaulichen (mittels Pfeilen C in 3A) das Strömungsmuster von Flüssigkeit
entlang der Düsentragflächen, die
alle in Bezug auf die Richtung des Riemenvorschubes, der durch den
großen
Pfeil B gezeigt ist, ausgerichtet sind. Die Anordnung besteht aus
einem Grundabschnitt 40 und einem Insert 41, die
gemeinsam zwei Schlitze 42 (gleichwertig zu Schlitzen 31 aus 2) zeigen, aus denen Kühlflüssigkeit
in Kontakt mit der Rückfläche 12A (gegenüber der
Gießfläche 12B)
des Riemens 12 strömen
kann. Das Insert 41 enthält eine Nut 43 (gleichwertig
zu dem Spalt 33 aus 2),
der einen Drainagespalt für
das Sammeln der Kühlflüssigkeit
bildet.
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Der
Grundabschnitt 40 ist in engen Abständen an der oberen Fläche 44 einer
darunter liegenden Kühlflüssigkeitszufuhrkammer
(nicht vollständig gezeigt)
mittels von Schrauben 45 angebracht, deren Köpfe in Senkbohrungen
in dem Grundabschnitt eingesenkt sind. Das Insert 41 ist
an dem Grundabschnitt ebenfalls mittels Schrauben 47 angebracht,
deren Köpfe
in der Nut 43 enthalten sind.
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Unmittelbar
nach jedem Schlitz 42 gibt es einen Verteiler 49,
der parallel zu dem Schlitz über
die Länge
des Schlitzes läuft
und in Abständen
mit Kühlflüssigkeit
durch Durchgänge 48 versorgt
wird, welche mit einer darunter liegenden Kühlflüssigkeitszufuhrkammer (nicht
gezeigt) verbunden sind. Die Häufigkeit
der Durchgänge 48 und
die Abmessungen der Verteiler 49 sind derart, dass die
Schlitze 42 mit einem gleichmäßigen Kühlflüssigkeitsdruck versorgt werden.
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Die
Länge jedes
Schlitzes 41 hängt
in der vorliegenden Erfindung von der Breite eines zugehörigen Riemens
ab, beträgt
jedoch bevorzugt zumindest 500 mm und besonders bevorzugt zumindest 1000
mm für
die meisten Riemengießvorrichtungen, auf
welche die Erfindung angewendet werden kann.
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Unterhalb
der Kühlflüssigkeitszufuhrkammer gibt
es eine Kühlflüssigkeitsdrainagekammer
(ebenso nicht gezeigt), die unter Vakuum arbeitet. Die gespendete
Kühlflüssigkeit,
die von den Düsentragflächen 46 kommt,
wird in der Drainagenut 43 und den Räumen benachbart zu der Düsenanordnung
gesammelt und wird durch Durchgänge 50, 51,
welche durch die Zufuhrkammer verlaufen, zu der Drainagekammer geführt.
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Die
Kühlflüssigszufuhrkammer
und die Drainagekammer können
jegliches geeignetes Design besitzen, sind jedoch bevorzugt wie
in dem oben genannten US-Patent 4,061,177 beschrieben ausgelegt.
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Mit
der in 3A und 3B gezeigten Anordnung kann
die Genauigkeit der Anhebung der Tragflächen 46 der Düsen 30 und
der Breite der Spalte 42 durch enge Toleranzbearbeitung
des Körpers 40 und des
Inserts 41 sichergestellt werden. Ein entnehmbares Insert
erleichtert das Reinigen der Schlitze von Schwemmstoffen, die andernfalls
nicht beseitigt werden können,
und ermöglicht,
dass die Spaltbreite verändert
werden kann, falls erforderlich.
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3A und 3B zeigen eine Anordnung von zwei linearen
Düsen,
jedoch ist anhand der Figuren deutlich, dass weitere Anordnungen
benachbart zu der ersten hinzugefügt werden können, wie durch den gestrichelten
Teilumriss 52 in 3B angegeben.
Alternativ können
Hexagonaldüsen 34 (die
in 2 oder in dem US-Patent
4,193,440 gezeigt sind – oder
eine andere Art von Kühlflüssigkeitsdüsen) benachbart
zu (stromabwärts
zu) der in 3A und 3B gezeigten Anordnung platziert
werden.
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In
der Ausführungsform
der in 3A und 3B gezeigten linearen Düse sind
die Schlitze 42 derart gezeigt, dass sie gerade und parallelseitig sind und
auf die ebene Tragfläche 46 der
Düse unter
einem scharfen rechten Winkel treffen. In alternativen Ausführungsformen
können
die Seiten des Schlitzes eine Mischung aus gekrümmt, convergent oder divergent
sein, und können
auf die Oberfläche
mit einer kleinen Abschrägung
oder einem kleinen Radius treffen. Zur Vereinfachung können alle
diese Ausführungsformen
als "einen ebenen
oberen Aufbau" besitzend
bezeichnet werden.
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In 4 ist der vertikale Querschnitt
einer alternativen Ausführungsform
gezeigt, bei welcher die Schlitze 42 jeweils in einer Nut 60 in
der Tragfläche der
Düsen 30 enden.
Diese Nut, die derart gezeigt ist, dass sie einen rechteckigen Querschnitt
besitzt (jedoch nicht hierauf begrenzt ist), erstreckt sich kontinuierlich
entlang der Tragfläche
der Düse über die gesamte
Länge des
Schlitzes 42. Der Zweck dieser Nut ist es, den Verschleiß zu minimieren
und die Gefahr einer Beschädigung
oder eines Abschließens des
Schlitzausgangs durch ein Aufsitzen des Riemens 12 in der
Düse oder
eine andere zufällige
Beschädigung
zu vermindern. Es wurde ebenso festgestellt, dass dieser mit Nuten
versehene Aufbau es dem Riemen ermöglicht, sich vorteilhafter
zu einem größeren Abstand
von den Düsen
zu bewegen, während
ein kontinuierlicher, sich bewegender Film von Kühlflüssigkeit zwischen dem Riemen
und den Düsen
aufrechterhalten wird. Dies erlaubt einen flexibleren Betrieb hinsichtlich
der Variabilität
des Abstands, als dies mit anderen Designs möglich ist.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei
welcher der Schlitz 42 in derselben Weise wie in 3 endet, bei welcher jedoch
die Tragfläche 46 der
Düse wie
bei 70 gezeigt nach unten um einen Abstand abgeschrägt ist,
und zwar benachbart zu dem Kühlflüssigkeits-Drainagespalt 43 auf
jeder Seite der Düse.
Diese Abschrägung
ist in der Figur überhöht dargestellt,
erstreckt sich jedoch bevorzugt 2,5 bis 3,5 mm (0,1 bis 0,15 Inch)
horizontal von dem äußeren Rand
der Düse
nach innen. Die Abschrägung
erstreckt sich bevorzugt um etwa 0,125 mm (0,005 Inch) nach unten.
Der Zweck dieses abgeschrägten Aufbaus
ist es, Bedingungen zu erzeugen, bei denen die Kühlflüssigkeitsströmung in
der horizontalen Richtung durch den sich ausdehnenden Spalt zwischen
dem Riemen und den Düsenflächen ein
zusätzliches, örtliches
Vakuum erzeugt, welches zu einer Riemenstabilisierung beiträgt, wie
nachfolgend noch ausführlicher
diskutiert werden wird.
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Es
ist zu beachten, dass jegliche der für 3A und 3B beschriebenen
Schlitzvariationen mit dem abgeschrägten Aufbau verwendet werden
können,
und dass die mit Nuten versehenen (4)
und abgeschrägten
Aufbauten zusammen verwendet werden können.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung, die aus einer einzelnen Lineardüse besteht, ist in 6A und 6B gezeigt. Die Düsentragfläche besitzt denselben ebenen,
oberen Aufbau wie in 3A und 3B gezeigt, jedoch kann jegliche
der anderen Schlitze- und Oberflächenvariationen
gleichermaßen
verwendet werden. Die Düse 30 besteht
aus einem Bodenabschnitt 80, der durch Schrauben 81 an
der oberen Fläche
der Kühlflüssigkeitszufuhrkammer
(nicht vollständig
gezeigt) und einem durch zwei obere Elemente 82 gebildeten
oberen Abschnitt gehalten ist. Die zwei oberen Elemente und der
untere Abschnitt sind durch Schrauben 83 zusammengehalten.
Die oberen Elemente sind genau bearbeitet, um zu dem unteren Abschnitt
zu passen und die erforderliche Höhe zu ergeben, und um einen
Spalt 84 zwischen den benachbarten Flächen der oberen Elemente vorzusehen,
der durch die Schrauben 83 weiter eingestellt werden kann.
Kühlflüssigkeit
wird zu der Düse
von der Kühlflüssigkeitszufuhrkammer durch
Durchgänge
in den Schrauben 81 oder alternativ durch getrennte Zufuhröffnungen
in einen durch den Bodenabschnitt 80 und die oberen Elemente 82 gebildeten
und sich entlang der gesamten Länge
des Schlitzes erstreckenden Verteiler 84 zugeführt. Die aus
der Düse
strömende
Kühlflüssigkeit
wird durch Durchgänge 85 ähnlich zu
denjenigen an den Rändern
der Düsenanordnung
in 3A und 3B beseitigt.
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Typische
Last-/Abstandskurven für
die drei Aufbauten der Düse
(ebene Oberseite, mit Nuten versehen und abgeschrägt) sind
in 7 gezeigt und mit
einer typischen Kurve für
eine hexagonale Düse verglichen.
Die Kurven sind eine Darstellung der auf den Riemen wirkenden Last
versus der Dicke des minimalen Spalts (Wasserfilm) zwischen der
Düse und den
Riemen, der als der "Abstand" ("standoff") bezeichnet wird.
Die Hauptlast auf den Riemen wird üblicherweise durch das Vakuum
in der Kühlflüssigkeitsdrainagekammer
erzeugt und neigt dazu, den Riemen gegen die Düse auf einen normalen Abstand oder "Betriebsabstand" zu drücken. Lasten
von anderen Quellen können
auf den Riemen wirken, wie eine Biegung infolge einer thermischen
Gradiente durch den Riemen oder einer Biegung des Riemens, dies sich
aus der Gebläselagerung
(oder einer anderen Führungsvorrichtung)
ergibt und dazu neigt, diesen von seinem Betriebspunkt abzuheben,
Lasten, welche das Vakuum erhöhen,
was den Abstand vermindert, und Lasten, die dem Vakuum entgegenwirken, was
den Abstand erhöht.
Der Widerstand des Riemens gegenüber
diesen Veränderungen
des Abstandes wird durch die Neigung der Last-/Abstandskurve am
Betriebspunkt dargestellt; je höher
die Neigung ist, umso geringer ist eine Veränderung des Abstands, die bei
einer gegebenen Störkraft
auftrifft. Eine hohe Neigung ist eine sehr wünschenswerte Eigenschaft für eine Düse, da sie
dazu neigt, die Position des Riemens und die Strömung der Kühlflüssigkeit zu stabilisieren,
was wiederum die Wärmeübertragung
stabilisiert.
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Falls
die Störkräfte in der
Richtung, welche dem Vakuum entgegenwirkt, sehr groß werden,
gibt es weitere Eigenschaften der Last-/Abstandsbeziehung, die wichtig sind.
Die erste besteht darin, soviel Widerstand wie möglich gegenüber einem Abziehen des Riemens
von der Düse
vorzusehen. Dies kann verbessert werden, falls die Vakuumlast durch
einen Bernoulli-Effekt erhöht
wird, der zwischen dem Riemen und der Düsenfläche erzeugt wird. Die zweite
ist die Fähigkeit,
den Kühlflüssigkeitsfilm
für einen
möglichst
großen
Abstand intakt zu halten, bevor der vollständig gefüllte Spalt aus sich bewegender
Kühlflüssigkeit
zerfällt
und die Kühlung
eher einem auf die Fläche
treffenden Strahl ähnelt.
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Eine
Störkraft,
welche das Vakuum unterstützt,
wird dazu neigen, den Abstand zu vermindern, und könnte, falls
sie übermäßig groß ist, den
Riemen veranlassen, auf die Düse
zu schlagen und die Kühlflüssigkeitsströmung abzutrennen.
Dies kann durch die Verwendung elastischer Düsen begrenzt werden.
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In 7 sind die Last-/Abstandseigenschaften
für die
hexagonale Düse
(wie in dem US-Patent 4,193,440 beschrieben) durch eine Kurve 90 dargestellt,
der Aufbau mit einer ebenen Oberseite (3A und 3B,
und 6A und 6B) sind durch eine Kurve 91 dargestellt,
der mit einer Nut versehene Aufbau (4)
ist durch eine Kurve 92 dargestellt, und der abgeschrägte Aufbau
(5) ist durch eine Kurve 93 dargestellt.
Anhand dieser ist zu sehen, dass die Neigung der Kurve an dem Betriebspunkt,
welche den Widerstand gegenüber
einer Störung
der Riemenposition darstellt, für
den abgeschrägten
Aufbau am größten ist,
für die
hexagonale Düse
geringer ist, für den
Aufbau mit ebener Oberseite noch geringer ist, und für den mit
Nuten versehenen Aufbau am geringsten ist. Allerdings zeigen die
Kurven auch, dass die Toleranz gegenüber dem hohen Abstand und das Aufrechterhalten
eines hohen Kühlniveaus
für die Aufbauten
mit Nuten, ebener Oberseite und Abschrägungen in umgekehrter Reihenfolge
ist. Die hexagonale Düse
folgt dieser Umkehrung nicht vollständig und besitzt eine Toleranz ähnlich zu
dem Aufbau mit ebener Oberseite. Daher muss bei den Lineardüsen eine
Abwägung
vorgenommen werden; der Vorzug ist einem Design zu geben, welches
die beste Riemenstabilität
besitzt, was höhere
Kühlraten
ermöglicht.
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8 zeigt die relative Veränderung
des Wärmeübertragungskoeffizienten
(HTC) von dem Riemen auf die Kühlflüssigkeit
für eine
Lineardüse der
in 4 gezeigten Art verglichen
mit einer herkömmlichen
hexagonalen Düse
(wie in dem US-Patent 4,193,440 beschrieben), für drei Orte: im Mittelpunkt
der Düse über den
Kühlflüssigkeitsauslass,
an dem Drainagerand der Düsenfläche und
an einem Punkt näherungsweise
in der Mitte dazwischen. Dies zeigt, dass die HTC-Veränderung
für eine
herkömmliche,
hexagonale Düse
von dem Punkt der Kühlflüssigkeitseinspritzung
zu dem Punkt der Beseitigung wesentlich größer ist als diejenige einer
linearen (geschlitzten) Düse
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Somit ermöglicht,
selbst wenn eine lineare Düse
eine Last-/Abstandskurve ähnlich zu
derjenigen einer hexagonalen Düsen
aufweist, die verminderte Variation des HTC für eine insgesamt überlegenen
Leistung. Daher ist, unter Berücksichtigung
aller Faktoren, eine Lineardüse
mit abgeschrägten
Rändern
allgemein hinsichtlich der Gesamtleistung bevorzugt, obwohl die
mit Nuten versehene Düse
(4) Vorteile besitzt,
wenn ein großer
Spalt oder Abstand aufrechterhalten werden muss, wie unmittelbar
benachbart zu der Biegung des Riemens über die Gebläselagerung.