EP3405302B1

EP3405302B1 - Strangführungsrolle zum führen eines metallischen strangs in einer stranggiessanlage

Info

Publication number: EP3405302B1
Application number: EP17700969.3A
Authority: EP
Inventors: Josef Guttenbrunner; Günther DEIBL; Michael Starrermair
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2023-08-30
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: WO2017125529A1; EP3405302A1; EP3405302C0

Description

Die Erfindung betrifft eine Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs in einer Stranggießanlage und ein Verfahren zur Kühlung einer Strangführungsrolle.
Beim Stranggießen wird ein in einer Kokille gebildeter metallischer Strang in einer Strangführung geführt, gestützt und weiter abgekühlt. Üblicherweise erfolgt das Stützen und Führen des teilerstarrten oder durcherstarrten Strangs durch sogenannte Strangführungsrollen. Außerdem kann der Strang durch gekühlte Strangführungsrollen abgekühlt werden.
Beispielsweise sind mehrere Rollenmäntel einer Strangführungsrolle an einer gemeinsamen rotierenden Achse angeordnet, die an ihren Enden und zwischen den Rollenmänteln mit Wälzlagern gestützt ist, wobei die Rollenmäntel peripheriegekühlt werden, d. h. wobei die Rollenmäntel direkt mit einer Kühlflüssigkeit (in der Regel mit Wasser) gekühlt werden. Oder die Strangführungsrollen sind jeweils als peripheriegekühlte Vollrollen ausgebildet, an deren Enden Wellenstutzen mit Wälzlagern gestützt sind.
Die Lager der Strangführungsrollen befinden sich üblicherweise in Lagerböcken, die durch einen Wasserkreislauf gekühlt werden. Dabei muss konstruktiv darauf geachtet werden, dass kein Wasser in die Lager gelangt. Dies wird meist durch eine Sperrschmierung erreicht, für die zusätzliches Fett eingesetzt wird, d. h. Fett, das für die eigentliche Funktion der Wälzlager nicht benötigt wird. Dieses Fett tritt aus, vermischt sich mit dem Kühlwasser und muss mit einem hohen technischen Aufwand wieder von dem Wasser getrennt werden.
Bei Strangführungsrollen mit peripheriegekühlten Rollenmänteln werden die Rollenmäntel in der Regel mit einem weiteren Wasserkreislauf gekühlt, wobei das Kühlwasser mittels einer separaten Dreheinführung eingebracht wird, die eine aufwändige und sensible Komponente für die Funktion der Strangführungsrolle ist.
Aus der DE 2552483 B1 ist eine Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs in einer Stranggießanlage bekannt, umfassend eine feststehende Achse, mehrere Rollenmäntel, die je einen Achsenabschnitt der Achse koaxial umgeben, für jeden Rollenmantel wenigstens einen entlang der Innenfläche des Rollenmantels verlaufenden Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids zur Kühlung des Rollenmantels, und für jeden Rollenmantel wenigstens ein zwischen dem Achsenabschnitt und dem Rollenmantel angeordnetes Nadellager zur drehbaren Lagerung des Rollenmantels um die Achse, wobei das Nadellager an einen Kühlkanal angrenzt und einen für das Kühlfluid durchlässigen und zu dem Kühlkanal offenen Lagerinnenraum aufweist, sodass das Nadellager im Betrieb vom Kühlfluid durchströmt wird, wobei das Nadellager einen an einem Rollenmantel anliegenden und um die Achse verlaufenden Außenring, einen an der Achse anliegenden und um die Achse verlaufenden Innenring und mehrere zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Wälzkörper aufweist.
Weiters ist aus der DE 3245433 A1 eine Strangführungsrolle mit einem schmierstofffreien Lager bekannt. Das Lager weist elastische Innen- und Außenlagerringe zur Verhinderung einer Blockierung aufgrund einer thermisch bedingten Verformung des Rollenmantels auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs in einer Stranggießanlage anzugeben, welche auch im schmierstofffreien Betrieb zuverlässig funktioniert. Außerdem soll ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Strangführungsrolle angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Strangführungsrolle durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs in einer Stranggießanlage umfasst eine feststehende Achse, wenigstens einen einen Achsenabschnitt der Achse koaxial umgebenden Rollenmantel, und für jeden Rollenmantel wenigstens einen entlang einer Innenfläche des Rollenmantels verlaufenden Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids und zur Kühlung des Rollenmantels. Ferner weist die Strangführungsrolle für jeden Rollenmantel wenigstens ein zwischen dem von dem Rollenmantel umgebenen Achsenabschnitt und dem Rollenmantel angeordnetes Wälzlager zur um die Achse drehbaren Lagerung des Rollenmantels auf. Dabei grenzt das Wälzlager an einen Kühlkanal an und weist einen für Kühlfluid durchlässigen und zu dem Kühlkanal offenen Lagerinnenraum auf, sodass das Wälzlager im Betrieb vom Kühlfluid durchströmt werden kann. Das aus einem korrosionsbeständigen Stahl gefertigte und für einen schmierstofffreien Betrieb ausgeführte Wälzlager weist einen an einem Rollenmantel anliegenden und um die Achse verlaufenden Außenring, einen an der Achse anliegenden und um die Achse verlaufenden Innenring und mehrere zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Wälzkörper auf. Zumindest ein Element aus der Gruppe des Außenrings, des Innenrings und der Wälzkörper, wenigstens eines Wälzlagers sind in wenigstens einer zu einer Längsachse der Achse orthogonalen Richtung elastisch deformierbar ausgebildet und wenigstens ein Kühlkanal verläuft helixartig um die Achse entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels.
Die erfindungsgemäßen Strangführungsrollen sind also als "Mantelrollen" ausgebildet, deren Rollenmäntel um eine feststehende Achse drehbar gelagert sind. Derartige Strangführungsrollen sind wesentlich einfacher gestaltet und daher kostengünstiger und wartungsfreundlicher als Strangführungsrollen mit fest an einer drehbaren Achse montierten Rollenmänteln. Da die Strangführungsrollen feststehende Achsen haben, kann außerdem eine Lagerbockkühlung entfallen.
Durch den Kühlkanal wird auf einfache Weise eine Peripheriekühlung der Strangführungsrolle erreicht, ohne dass durch die Peripheriekühlung üblicherweise bei der Verwendung von herkömmlichen Wälzlagern und/oder rotierenden Achsen auftretende Probleme bewältigt werden müssen. Da die Strangführungsrolle nämlich eine feststehende Achse aufweist, wird keine aufwändige und reparaturanfällige Dreheinführung zur Einbringung von Kühlflüssigkeit benötigt. Da die Wälzlager für das Kühlfluid durchlässig ausgebildet sind, brauchen sie nicht wie herkömmliche Wälzlager gegen das Eintreten von Kühlfluid wie Kühlwasser geschützt werden. Insbesondere entfällt durch diese Lagerung der Rollenmäntel die Notwendigkeit, sich mit Kühlwasser vermischendes Fett, das zum Schutz von Wälzlagern vor dem Eindringen von Kühlwasser verwendet wird, wieder aufwändig von dem Wasser zu trennen. Die Peripheriekühlung ermöglicht ferner die Verwendung der Strangführungsrolle für einen Trockengießbetrieb, das heißt für ein Stranggießen ohne Kühlung des Strangs durch Bespritzen mit Kühlflüssigkeit.
Die Erfindung sieht vor, dass das Wälzlager für einen Betrieb in einer schmierstofffreien (d.h. ohne eine Fett- oder Ölschmierung) Umgebung geeignet ist.
Durch eine schmierstofffreie Ausführung der Wälzlager kann ein Fett- bzw. Ölschmierungssystem entfallen, wodurch die Umweltbelastung verringert und die Wartungsfreundlichkeit der Strangführungsrolle weiter verbessert wird.
Um das Wälzlager für den schmierstofffreien Betrieb geeignet zu machen, ist das Wälzlager gemäß der Erfindung aus einem korrosionsbeständigen Stahl, wie einem martensitischen, korrosionsbeständigen Edelstahl (z.B. X46Cr13, Werkstoff-Nr. 1.4034; X90CrMoV18, Werkstoff-Nr. 1.4112; oder X105CrMoV18, Werkstoff-Nr. 1.4125), oder einem austenitischen, korrosionsbeständigen Edelstahl, gefertigt.
Dadurch wird das Wälzlager gegen eine durch den Kontakt des Wälzlagers mit dem Kühlfluid verursachte Korrosion geschützt.
Außerdem weist jedes Wälzlager einen an einem Rollenmantel anliegenden und um die Achse verlaufenden Außenring, einen an der Achse anliegenden und um die Achse verlaufenden Innenring und mehrere zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnete Wälzkörper auf.
Um schließlich die Zuverlässigkeit des Wälzlagers zu erhöhen, ist das Wälzlager als ein sog. Federrollenlager ausgeführt, wobei der Außenring und/oder der Innenring und/oder die Wälzkörper des Wälzlagers in wenigstens einer zu einer Längsachse der Achse orthogonalen Richtung elastisch deformierbar sind. Durch diese Ausführung weist das Wälzlager in einer Richtung quer zur axialen Richtung eine bestimmte Elastizität auf, sodass das Verklemmen des Wälzlagers auch im schmierstofffreien Betrieb verhindert wird. Außerdem kann bei der Montage der Federrollenlager in die Spalten zwischen den Federbändern eine Fettfüllung eingebracht werden, sodass das Wälzlager auch in der anspruchsvollen Inbetriebnahmephase zuverlässig funktioniert. Schließlich ist diese Ausführung im Betrieb weniger empfindlich gegen Schmutz, da sich dieser in die Spalten zwischen den Federbändern einlagern kann und so das Verklemmen verhindert wird.
Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht für die Lagerung des Rollenmantels besonders geeignete, von dem Kühlfluid durchströmbare Wälzlager vor. Durch Wälzlager mit elastisch deformierbaren Außenringen, Innenringen und/oder Wälzkörpern lassen sich diese Wälzlager insbesondere flexibel und passend zwischen der feststehenden Achse und einem Rollenmantel einer Strangführungsrolle anordnen. Dadurch können beispielsweise durch Temperaturschwankungen verursachte Abstandsänderungen oder elastische Verformungen durch Belastung zwischen der feststehenden Achse und dem Rollenmantel ausgeglichen werden.
Wälzlager mit kreiszylinderförmigen Wälzkörpern, die eine zu einer Längsachse der Achse parallele Zylinderachse aufweisen, ermöglichen vorteilhaft eine aufgrund der größeren Längsausdehnung der Wälzkörper gegenüber beispielsweise kugelförmigen Wälzkörpern stabilere und das Wälzlager punktuell weniger belastende Lagerung des Rollenmantels.
Es ist vorteilhaft, wenn der Kühlkanal auf einer Stirnseite der Strangführungsrolle durch eine Dichtungshalterung mit einer Dichtung zwischen dem Rollenmantel und der Dichtungshalterung abgedichtet wird.
Um eine Überhitzung der Strangführungsrolle, insbesondere bei einem Stillstand derselben, signifikant zu verhindern, weist der Rollenmantel vorteilhaft in radialer Richtung außerhalb der Dichtung einen mit dem Kühlkanal verbundenen Ringhohlraum auf. Hierdurch wird die besonders temperaturempfindliche dynamische Dichtung zuverlässig gekühlt und dessen Haltbarkeit verlängert.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels verlaufender Kühlkanal vorgesehen. Zusätzlich dazu kann wenigstens ein Kühlkanal als eine Bohrung in dem Rollenmantel ausgebildet sein. Erfindungsgemäß verläuft wenigstens ein Kühlkanal helixartig um die Achse entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels.
Durch den helixartig verlaufenden Kühlkanal wird eine gleichmäßige Kühlung der gesamten Oberfläche eines Rollenmantels erreicht. Ferner kann eine Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids so eingestellt werden, dass eine möglichst optimale Wärmeabfuhr aus der Oberfläche des Rollenmantels erfolgt. Des Weiteren kann durch eine geeignete Dimensionierung des Kühlkanals die Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass die Bildung von Ablagerungen an den Wänden aus dem Kühlfluid verhindert oder vermindert wird. Geradlinig oder ringförmig um die Achse verlaufende Kühlkanäle haben den Vorteil, geometrisch einfacher gestaltet und dadurch auch einfacher realisierbar zu sein.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens eine zwischen der Achse und einem Rollenmantel angeordnete rohrartige Kühlfluidleithülse vor, die wenigstens eine dem Rollenmantel zugewandte rinnenartige Kühlkanalausnehmung zur Ausbildung eines Kühlkanals aufweist.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft, durch geeignet gestaltete Kühlfluidleithülsen an Rollenmänteln Kühlkanäle zu deren Kühlung zu bilden.
Außerdem ist es günstig, wenn der Dichtungshalterung und dem Wälzlager oder zwischen dem Wälzlager und der Kühlfluidleithülse in axialer Richtung eine Anlaufscheibe zum Ausgleich von axialen Relativbewegungen angeordnet ist. Der Verschleiß der Anlaufscheibe ist besonders niedrig, wenn die Anlaufscheibe aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Achse wenigstens einen mit Kühlfluid befüllbaren Kühlhohlraum aufweist, der mit wenigstens einem Lagerinnenraum eines Wälzlagers und mit wenigstens einem Kühlkanal verbunden ist, so dass der Kühlhohlraum, der Lagerinnenraum und der Kühlkanal einen zusammenhängenden Aufnahmeraum für Kühlfluid bilden. Eine Weitergestaltung dieser Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass alle Kühlkanäle, Lagerinnenräume der Wälzlager und Kühlhohlräume zu einem zusammenhängenden Aufnahmeraum für das Kühlfluid miteinander verbunden sind.
Diese Ausgestaltungen der Erfindung kombinieren vorteilhaft eine Innenkühlung der Strangführungsrolle durch mit dem Kühlfluid befüllbare Kühlhohlräume in der Achse mit einer Peripheriekühlung durch mit derartigen Kühlhohlräumen verbundene Kühlkanäle zur direkten Kühlung von Rollenmänteln.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Rollenmantel durch zwei Wälzlager gegenüber der Achse drehbar gelagert ist.
Dadurch wird eine stabile und gleichmäßige Lagerung der Rollenmäntel realisiert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass entlang der Achse mehrere Rollenmäntel hintereinander angeordnet sind.
Dadurch kann die Länge der einzelnen Rollenmäntel reduziert werden, was vorteilhaft die Herstellung und den Transport der Rollenmäntel vereinfacht und die Verwendung moderat ausgelegter Wälzlager zur Lagerung der Rollenmäntel an der feststehenden Achse ermöglicht. Außerdem ermöglicht eine Strangführungsrolle mit mehreren hintereinander angeordneten Rollenmänteln eine Zwischenunterstützung der Achse in Bereichen zwischen zwei benachbarten Rollenmänteln und dadurch eine Reduzierung von Verformungen durch die Belastung der Rollenmäntel während des Betriebes in einer Stranggießanlage.
Eine erfindungsgemäße Stranggießanlage weist mehrere hintereinander angeordnete erfindungsgemäße Strangführungsrollen mit den oben genannten Vorteilen auf.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch das Verfahren zur Kühlung einer Strangführungsrolle mit einem Kühlfluid nach Anspruch 9 gelöst.
Dabei wird das Kühlfluid von einer Kühlmittelzuführung in einen axial angeordneten Achsenhohlraum der stillstehenden Achse der Strangführungsrolle eingeleitet. Da die Achse stillsteht, kann dies ohne eine komplizierte und wartungsintensive Dreheinführung erfolgen. Anschließend wird das Kühlfluid in zumindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Radialöffnung der Strangführungsrolle umgeleitet. Dadurch wird das Kühlfluid vom typischerweise zentral angeordneten Achsenhohl Z -raum in Richtung Rollenmantel geleitet. Sodann wird das Kühlfluid in einen Ringhohlraum eingeleitet, wodurch die Dichtung über den Steg zwischen dem Ringhohlraum und der Dichtung gekühlt wird. Nach diesem Schritt wird das Wälzlager, vorzugsweise in axialer Richtung, durchströmt. Hierdurch wird das Lager gekühlt und etwaiger Abrieb vom Lager abgeführt. Danach wird das Kühlfluid in einen zwischen dem Rollenmantel und der stillstehenden Achse angeordneten Kühlmittelkanal eingeleitet und der Kühlkanal helixartig um die Achse entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels durchströmt, wodurch der Rollenmantel abgekühlt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn das Kühlmedium durch mehrere, bevorzugt zumindest vier, Radialöffnungen dem Ringhohlraum zugeführt wird. Dies stellt ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil bei der Durchströmung des Wälzlagers sicher.
Es ist vorteilhaft, wenn das Kühlmedium den Kühlmittelkanal in axialer und in tangentialer Richtung entlang einer Kühlfluidleithülse durchströmt. Dadurch wird einerseits eine hohe Durchflussgeschwindigkeit erreicht, was sich wiederum günstig auf die Wärmeabfuhr vom heißen Rollenmantel auswirkt. Außerdem wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Rollenmantels in axialer und tangentialer Richtung erreicht.
Nach dem Durchströmen des Kühlmittelkanals wird vorteilhafterweise ein zweites Wälzlager durchströmt und das Kühlfluid in einen zweiten Ringhohlraum eingeleitet, anschließend das Kühlfluid in eine weitere zumindest eine radiale Radialöffnung umgeleitet, von der radialen Richtung in eine axiale Richtung umgeleitet und in den axialen Achsenhohlraum eingeleitet. Beispielsweise wird durch einen Propfen der Achsenhohlraum der Zu- und Ableitung des Kühlfluids getrennt. Schließlich wird das Kühlfluid aus dem Achsenhohlraum abgeleitet. Die Ableitung kann entweder auf derselben Seite wie die Einleitung oder auf der gegenüberliegenden Seite der Einleitung erfolgen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine aufgebrochen und teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht einer Strangführungsrolle,
FIG 2 schematisch einen Ausschnitt einer Stranggießanlage, und
FIG 3 einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung mit einer Seitenansicht einer weiteren Strangführungsrolle.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Strangführungsrolle 1, wobei die Strangführungsrolle 1 aufgebrochen dargestellt ist, um das Innere der Strangführungsrolle 1 sichtbar zu machen, und wobei das Innere geschnitten dargestellt ist.
Der Weg des Kühlfluids ist in den Figuren durch Pfeile darstellt.
Die Strangführungsrolle 1 umfasst eine feststehende Achse 3, einen Rollenmantel 5, Wälzlager 7, eine Kühlfluidleithülse 11, Dichtungshalterungen 13, Anlaufscheiben 15, Stützblöcke 17, Dichtringe 19, eine Dichtung 20 und eine Schmutzdichtung 21, wenigstens einen Pfropfen 24 und Kühlfluidzuführungen 26. In Figur 1 sind jeweils ein Abschnitt der Strangführungsrolle 1 und der Kühlfluidleithülse 11 im Bereich eines ersten Endes der Strangführungsrolle 1 dargestellt. In diesem Abschnitt befinden sich jeweils nur ein Wälzlager 7, eine Dichtungshalterung 13, eine Anlaufscheibe 15, ein Stützblock 17, ein Pfropfen 24 und eine Kühlfluidzuführung 26. Ein dem ersten Ende gegenüber liegendes zweites Ende der Strangführungsrolle 1 ist wie das in Figur 1 dargestellte erste Ende ausgebildet und umfasst insbesondere ebenfalls jeweils ein Wälzlager 7, eine Dichtungshalterung 13, eine Anlaufscheibe 15, einen Stützblock 17, eine Kühlfluidzuführung 26 und optional einen weiteren Pfropfen 24. Die Achse 3, der Rollenmantel 5 und ein Stützblock 17 sind in Figur 1 aufgebrochen dargestellt.
Die Achse 3 ist als ein rohrartiger Hohlkörper mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgebildet, der einen axial verlaufenden kreiszylindrischen Achsenhohlraum 28 umgibt. In dem Achsenhohlraum 28 ist wenigstens ein den Achsenhohlraum 28 unterteilender Pfropfen 24 angeordnet, durch den ein zwischen ihm und einer Kühlfluidzuführung 26 liegender Kühlhohlraum 30 in dem Achsenhohlraum 28 definiert wird, in den und aus dem ein Kühlfluid durch eine (nicht dargestellte) Öffnung in der Kühlfluidzuführung 26 leitbar ist. Der Pfropfen 24 ist durch eine mit ihm verbundene Pfropfenstange 25 in den Achsenhohlraum 28 einführbar.
Der Rollenmantel 5 ist rohrartig mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgebildet und umgibt einen Achsenabschnitt der Achse 3 koaxial. Zwischen dem Rollenmantel 5 und der Achse 3 sind die Dichtungshalterungen 13, die Kühlfluidleithülse 11 und die Wälzlager 7 angeordnet.
Jede Dichtungshalterung 13 ist zwischen einem Endbereich des Rollenmantels 5 und der Achse 3 angeordnet, umgibt die Achse 3 ringförmig und ist fest mit der Achse 3 verbunden. Jede Dichtungshalterung 13 weist achsenseitig mehrere ringförmige Ausnehmungen auf, in denen jeweils ein erster Dichtring 19 angeordnet ist, der an der Achse 3 anliegt und diese ringförmig umgibt. Rollenmantelseitig weist jede Dichtungshalterung 13 zwei weitere ringförmige Ausnehmungen auf, in denen eine Schmutzdichtung 21 und eine Dichtung 20 angeordnet sind, der an dem Rollenmantel 5 anliegt und gegenüber dem der Rollenmantel 5 beweglich ist. Die näher am Ende des Rollenmantels 5 angeordnete rollenmantelseitige Schmutzdichtung 21 dient der Abdichtung gegen Schmutz aus der Umgebung der Strangführungsrolle 1, die Dichtung 20 dient der Abdichtung gegen einen Austritt von Kühlfluid aus der Strangführungsrolle 1.
Ferner weist jede Dichtungshalterung 13 eine Halterungsöffnung 32 auf, die eine Radialöffnung 34 in der Achse 3 mit einer Kühlfluidkammer 31 zwischen der Dichtungshalterung 13 und dem Wälzlager 7 verbindet. Dabei ist die Radialöffnung 34 mit einem Kühlhohlraum 30 der Achse 3 verbunden, so dass durch die Radialöffnung 34 und die Halterungsöffnung 32 Kühlfluid zwischen dem Kühlhohlraum 30 und der Kühlfluidkammer 31 strömen kann.
Die Kühlfluidleithülse 11 ist axial zwischen den Wälzlagern 7 angeordnet, rohrartig ausgebildet und umgibt die Achse 3 koaxial. Die Kühlfluidleithülse 11 weist eine dem Rollenmantel 5 zugewandte rinnenartige Kühlkanalausnehmung 38 auf, die helixartig um die Achse 3 herum verläuft. Die Kühlkanalausnehmung 38 bildet dadurch einen zusammenhängenden Kühlkanal 40, der helixartig entlang der Innenoberfläche des Rollenmantels 5 verläuft.
Durch die Wälzlager 7 ist der Rollenmantel 5 um die Achse 3 drehbar gelagert. Jedes Wälzlager 7 weist einen an dem Rollenmantel 5 anliegenden und um die Achse 3 verlaufenden Au-ßenring 7.1, einen an der Achse 3 anliegenden und um die Achse 3 verlaufenden Innenring 7.2 und mehrere zwischen dem Au-ßenring 7.1 und dem Innenring 7.2 angeordnete Wälzkörper 7.3 auf. Hierbei ist der Außenring 7.1 (möglich wäre es aber auch den Innenring 7.2 und/oder die Wälzkörper 7.3) des Wälzlagers 7 aus einem korrosionsbeständigen Federband hergestellt, sodass das Wälzlager (auch Federrollenlager genannt) in zu einer Längsachse der Achse 3 orthogonalen Richtungen elastisch deformierbar ausgebildet. Die Wälzlager 7, d. h. die Außenringe 7.1, Innenringe 7.2 und Wälzkörper 7.3, sind aus einem korrosionsbeständigen Stahl ausgeführt, um gegen Korrosion durch einen Kontakt mit dem Kühlfluid geschützt zu sein.
Jedes Wälzlager 7 weist einen zwischen dem Außenring 7.1 und dem Innenring 7.2 liegenden Lagerinnenraum 9 auf, der für das Kühlfluid durchlässig und zu dem Kühlkanal 40 und der an das Wälzlager 7 angrenzenden Kühlfluidkammer 31 offen ist, so dass das Kühlfluid durch den Lagerinnenraum 9 zwischen der Kühlfluidkammer 31 und dem Kühlkanal 40 strömen kann. Dadurch bilden die Kühlhohlräume 30 und Radialöffnungen 34 in der Achse 3, die Halterungsöffnungen 32, die Kühlfluidkammern 31, die Lagerinnenräume 9 der Wälzlager 7 und der Kühlkanal 40 einen zusammenhängenden Aufnahmeraum für Kühlfluid zur Kühlung des Rollenmantels 5. Das Kühlfluid wird durch wenigstens eine Öffnung in einer Kühlfluidzuführung 26 in diesen Aufnahmeraum eingeleitet und durch wenigstens eine Öffnung in der anderen Kühlfluidzuführung 26 aus ihm heraus geleitet.
Die ringförmigen Anlaufscheiben 15 sind jeweils als ein Puffer zur Aufnahme von Axialkräften zwischen einer Dichtungshalterung 13 und dem Außenring 7.1 eines Wälzlagers 7 angeordnet. Optional ist an einem der benachbarten Dichtungshalterung 13 zugewandten Ende des Innenrings 7.2 jedes Wälzlagers 7 ein Sicherungsring 22 zur Lagefixierung des Wälzlagers 7 angeordnet.
Alternativ können die Anlaufscheiben 15 zur Aufnahme der Axialkräfte auch zwischen dem Rollenmantel 5 und dem Innenring 7.2 oder zwischen der Kühlfluidleithülse 11 und dem Innenring 7.2 angeordnet werden. Die Kühlfluidleithülse 11 kann bei Bedarf fest, beispielsweise form- und kraftschlüssig durch Einpressen, mit dem Rollenmantel 5 verbunden sein.
Die Stützblöcke 17 umgeben ringfömig jeweils einen Endbereich der Achse 3 und dienen der Abstützung der Strangführungsrolle 1 gegen ein tragendes (nicht dargestelltes) Bauteil. Jeder Stützblock 17 liegt an einem Ende der benachbarten Dichtungshalterung 13 an, das aus dem Rollenmantel 5 herausragt.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Strangführungsrolle 1 kann auf vielfältige Weisen abgewandelt werden. Beispielsweise können die Kühlhohlräume 30 statt durch den Achsenhohlraum 28 und den oder die Pfropfen 24 durch Bohrungen in der Achse 3 gebildet werden, die sich nicht längs der gesamten Achse 3 erstrecken, sondern nur die Kühlhohlräume 30 bilden. Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl der Dichtringe 19, der Dichtungen 20 oder der Schmutzdichtungen 21 gegenüber Figur 1 geändert werden. Beispielsweise können alle oder einige Dichtringe 19 entfallen und/oder mehrere Dichtungen 20 gleicher Funktion an einer Dichtungshalterung 13 angeordnet sein. Auch kann der Kühlkanal 40 statt durch eine Kühlfluidleithülse 11 durch eine Bohrung in dem Rollenmantel 5 gebildet sein, und/oder es können statt nur eines Kühlkanals 40 mehrere Kühlkanäle 40 an oder/und in dem Rollenmantel 5 ausgebildet sein. Ferner kann die Strangführungsrolle 1 statt nur einen Rollenmantel 5 mehrere entlang der Achse 3 hintereinander angeordnete Rollenmäntel 5 aufweisen, wobei die Rollenmäntel 5 gleich oder verschieden (beispielsweise hinsichtlich der Ausbildung der Kühlkanäle 40) ausgeführt sein können.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Stranggießanlage 100 in einer Draufsicht. Dargestellt sind eine Kokille 102 der Stranggießanlage 100 und mehrere der Kokille 102 nachgeordnete und hintereinander angeordnete Strangführungsrollen 1. Die Kokille 102 dient der Bildung eines Strangs, der mit den Strangführungsrollen 1 geführt und gestützt wird.
In der Figur 3 ist schließlich ein Detail einer Variante der Strangführungsrolle nach Figur 1 dargestellt. Im Gegensatz zu Figur 1 weist diese Strangführungsrolle 1 z.B. einen Ringhohlraum 41, der in radialer Richtung außerhalb der Dichtung 20 liegt, auf, sodass die temperaturempfindliche Dichtung 20 selbst bei einem Stillstand der Strangführungsrolle 1 ausreichend gekühlt wird. Da die Schmutzdichtung 21 bspw. aus Filz besteht, ist es i.A. nicht notwendig, diese ebenfalls zu kühlen. Das Eindringen von Schmutz in den Ringhohlraum 41 bzw. in den Lagerinnenraum 9 wird neben der Schmutzdichtung 21 zusätzlich durch ein Absperrblech 42 verhindert. Die fluiddichte Abdichtung des Ringhohlraums 41 übernimmt die Dichtung 20, welche als ein Wellendichtring ausgeführt ist. Das Wälzlager 7 selbst wie in Figur 1 als ein Federrollenlager ausgebildet. Zwischen dem Wälzlager 7 und der Kühlfluidleithülse 11 ist ein Anlaufring 15 aus dem Hochleistungskunststoff PEEK angeordnet. Durch den Anlaufring 15 werden Relativbewegungen, z.B. aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen, und Axialkräfte in der Strangführungsrolle 1 kompensiert, ohne dass es zu einem Verklemmen kommt. Besonders günstig ist bei der dargestellten Ausführungsform auch, dass das Kühlfluid durch 6 Radialöffnungen 34 in den Ringhohlraum 41 eingeleitet wird, wodurch sich eine sehr gleichmäßige Durchströmung (und dadurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung) im Wälzlager 7 ergibt. Auch diese Maßnahme trägt zur Robustheit der Strangführungsrolle 1 bei. Im Betrieb der Strangführungsrolle 1 wird ein Kühlfluid von einer hier nicht extra dargestellten Kühlmittelzuführung in den Achsenhohlraum 28 eingeleitet, das Kühlfluid anschließend in sechs Radialöffnungen 34 umgeleitet und über die Halterungsöffnung 32 in den Ringhohlraum 41 eingeleitet. Dadurch wird die Dichtung 20, insbesondere eine Dichtlippe, welche an dem Rollenmantel 5 anliegt, über den Steg zwischen dem Ringhohlraum 41 und der Dichtung 20 gekühlt. Der Steg kann entweder einstückig mit dem Rollenmantel ausgeführt sein oder z.B. durch Aufschweißen mit Rollenmantel 5 verbunden werden. Anschließend wird das Wälzlager 7 durchströmt und das Kühlfluid in den Kühlkanal 40 eingeleitet. Nach dem spiralförmigen Durchströmen des Kühlkanals 40 durchströmt das Kühlfluid auf der rechten Seite der Strangführungsrolle ein weiteres Wälzlager und wird in einen weiteren Ringhohlraum eingeleitet. Danach wird das Kühlfluid wiederum durch weitere Radialöffnungen in einen weiteren Achsenhohlraum eingeleitet und anschließend abgeleitet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt.

Bezugszeichenliste

1: Strangführungsrolle
3: Achse
5: Rollenmantel
7: Wälzlager
7.1: Außenring
7.2: Innenring
7.3: Wälzkörper
9: Lagerinnenraum
11: Kühlfluidleithülse
13: Dichtungshalterung
15: Anlaufscheibe
17: Stützblock
19: Dichtring
20: Dichtung
21: Schmutzdichtung
22: Sicherungsring
24: Pfropfen
25: Pfropfenstange
26: Kühlfluidzuführung
28: Achsenhohlraum
30: Kühlhohlraum
31: Kühlfluidkammer
32: Halterungsöffnung
34: Radialöffnung
38: Kühlkanalausnehmung
40: Kühlkanal
41: Ringhohlraum
42: Absperrblech
100: Stranggießanlage
102: Kokille

Claims

Strangführungsrolle (1) zum Führen eines metallischen Strangs in einer Stranggießanlage (100), umfassend
- eine feststehende Achse (3),

- wenigstens einen einen Achsenabschnitt der Achse (3) koaxial umgebenden Rollenmantel (5),

- für jeden Rollenmantel (5) wenigstens einen entlang der Innenfläche des Rollenmantels (5) verlaufenden Kühlkanal (40) zur Aufnahme eines Kühlfluids und zur Kühlung des Rollenmantels (5),

- und für jeden Rollenmantel (5) wenigstens ein zwischen dem von dem Rollenmantel (5) umgebenen Achsenabschnitt und dem Rollenmantel (5) angeordnetes Wälzlager (7) zur drehbaren Lagerung des Rollenmantels (5) um die Achse (3),

- wobei das Wälzlager (7) an einen Kühlkanal (40) angrenzt und einen für das Kühlfluid durchlässigen und zu dem Kühlkanal (40) offenen Lagerinnenraum (9) aufweist, sodass das Wälzlager (7) im Betrieb vom Kühlfluid durchströmt wird,

- wobei das Wälzlager (7) einen an einem Rollenmantel (5) anliegenden und um die Achse (3) verlaufenden Außenring (7.1), einen an der Achse (3) anliegenden und um die Achse (3) verlaufenden Innenring (7.2) und mehrere zwischen dem Außenring (7.1) und dem Innenring (7.2) angeordnete Wälzkörper (7.3) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

dass das Wälzlager (7) aus einem korrosionsbeständigen Stahl gefertigt ist und für einen schmierstofffreien Betrieb ausgeführt ist,

dass zumindest ein Element aus der Gruppe des Außenrings (7.1), des Innenrings (7.2) und der Wälzkörper (7.3), wenigstens eines Wälzlagers (7) in wenigstens einer zu einer Längsachse der Achse (3) orthogonalen Richtung elastisch deformierbar ausgebildet ist, und

dass wenigstens ein Kühlkanal (40) helixartig um die Achse (3) entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels (5) verläuft.
Strangführungsrolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (40) auf einer Stirnseite der Strangführungsrolle (1) durch eine Dichtungshalterung (13) mit einer Dichtung (20) zwischen dem Rollenmantel (5) und der Dichtungshalterung (13) abgedichtet wird
Strangführungsrolle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenmantel (5) in radialer Richtung außerhalb der Dichtung (20) einen mit dem Kühlkanal (40) verbundenen Ringhohlraum (41) aufweist, sodass die Dichtung (20) auch bei einem Stillstand der Strangführungsrolle (1) durch das Kühlfluid gekühlt wird.
Strangführungsrolle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zwischen der Achse (3) und einem Rollenmantel (5) angeordnete rohrartige Kühlfluidleithülse (11) mit wenigstens einer dem Rollenmantel (5) zugewandten rinnenartigen Kühlkanalausnehmung (38) zur Ausbildung eines Kühlkanals (40).
Strangführungsrolle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dichtungshalterung (13) und dem Wälzlager (5) oder dem Wälzlager (5) und der Kühlfluidleithülse (11) eine Anlaufscheibe (15) zum Ausgleich von axialen Relativbewegungen angeordnet ist.
Strangführungsrolle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt ist.
Strangführungsrolle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) wenigstens einen mit Kühlfluid befüllbaren Kühlhohlraum (30) aufweist, der mit wenigstens einem Lagerinnenraum (9) eines Wälzlagers (7) und mit wenigstens einem Kühlkanal (40) verbunden ist, sodass der Kühlhohlraum (30), der Lagerinnenraum (9) und der Kühlkanal (40) einen zusammenhängenden Aufnahmeraum für Kühlfluid bilden.
Strangführungsrolle (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass alle Kühlkanäle (40), Lagerinnenräume (9) der Wälzlager (7) und Kühlhohlräume (30) zu einem zusammenhängenden Aufnahmeraum für Kühlfluid miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Kühlung einer Strangführungsrolle (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kühlfluid,
- wobei die Strangführungsrolle (1) eine stillstehende Achse (3) mit einem axialen Achsenhohlraum (28) und einen Rollenmantel (5) aufweist,

- wobei der Rollenmantel (5) gegenüber der Achse (3) durch zumindest ein Wälzlager (7) drehbar gelagert ist, und ein Kühlkanal (40) zwischen dem Rollenmantel (5) und der Achse (3) besteht, wobei der Kühlkanal (40) stirnseitig durch einen Dichtungshalterung (13) mit einer Dichtung (20) abgedichtet wird,

- wobei das Wälzlager (7) einen an einem Rollenmantel (5) anliegenden und um die Achse (3) verlaufenden Außenring (7.1), einen an der Achse (3) anliegenden und um die Achse (3) verlaufenden Innenring (7.2) und mehrere zwischen dem Außenring (7.1) und dem Innenring (7.2) angeordnete Wälzkörper (7.3) aufweist, und

- wobei zumindest ein Element aus der Gruppe des Außenrings (7.1), des Innenrings (7.2) und der Wälzkörper (7.3), wenigstens eines Wälzlagers (7) in wenigstens einer zu einer Längsachse der Achse (3) orthogonalen Richtung elastisch deformierbar ausgebildet ist, umfassend die Schritte:

- Einleiten des Kühlfluids von einer Kühlmittelzuführung (26) in den axialen Achsenhohlraum (28);

- Umleiten des Kühlfluids in zumindest eine im Wesentlichen radiale Radialöffnung (34) der Strangführungsrolle (1);

- Einleiten des Kühlfluids in einen Ringhohlraum (41), wodurch das Kühlfluid in dem Ringhohlraum (41) die Dichtung (20) kühlt;

- Durchströmen des Wälzlagers (7);

- Einleiten des Kühlfluids in den Kühlkanal (40);

- Durchströmen des Kühlkanals (40), wodurch der Rollenmantel (5) abgekühlt wird, wobei das Kühlmedium den Kühlkanal (40) helixartig um die Achse (3) entlang einer Innenoberfläche eines Rollenmantels (5) durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch mehrere, bevorzugt zumindest vier, Radialöffnungen (34) umgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium den Kühlkanal (40) in axialer und in tangentialer Richtung entlang einer Kühlfluidleithülse (11) durchströmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch
- das Durchströmen eines zweiten Wälzlagers;

- das Einleiten des Kühlfluids in einen zweiten Ringhohlraum (41), wodurch das Kühlfluid im zweiten Ringhohlraum eine zweite Dichtung kühlt;

- das Umleiten des Kühlfluids in eine weitere zumindest eine im Wesentlichen radiale Radialöffnung der Strangführungsrolle (1); und

- das Ableiten des Kühlfluids von einem axialen Achsenhohlraum in eine Kühlmittelabführung.