Vorrichtung für Resonanzoszillation und Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung betrifft eine Oszillationsvorrichtung für Stranggießkokillen zum Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff, mit mindestens einer zwischen einem ortsfesten Kokillenrahmen und Anlenkungs- bzw. Einspannstellen verlaufenden, die Stranggießkokille tragenden Feder aus Faserverbundwerkstoff; und mit mindestens einer Antriebsvorrichtung zum Versetzen der Feder und der von der Feder getragenen Stranggießkokille in geregelte Schwingungen, wie bspw. Resonanzschwingungen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Feder.

Aus EP 0 468 607 B2 ist eine flüssigkeitsgekühlte, oszillierbar gelagerte Kokille für das Stranggießen von Metallen bekannt, insbesondere für Stahl, mit einer formgebenden Wandung aus einem insbesondere metallischen Werkstoff, die an Stützplatten befestigt ist und mit Anschlüssen für eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Wandung versehen ist, wobei sich an sich gegenüberliegenden Stützplatten an der der Wandung abgekehrten Seite der Breitseiten direkt oder über den mit den Stützplatten verbundene Flansche Federelemente, die gleichsinnig mit der Gießrichtung eine wesentlich geringere Steifigkeit gegenüber den beiden Querrichtungen aufweisen, in gleichmäßiger Verteilung einseitig befestigt sind, die Federelemente sich in einer Richtung quer zur Gießrichtung erstrecken, die gegenüberliegenden Enden der Federelemente an Tragplatten befestigt sind, die Tragplatten mit einem ortsfesten Grundrahmen verbunden sind, an den Stützplatten eine Oszillationsvorrichtung angreift, und die Lage der Federelemente auf dem Krümmungsmittelpunkt der Kokille in der Weise ausgerichtet ist und der Anlenkpunkt der Federelemente an der Stützplatte um den Betrag der statischen Durchsenkung derart versetzt ist, dass sie im belasteten Zustand eine derartige Lage einnehmen, wie sie im unbelasteten Zustand bei Ausrichtung auf den Krümmungsmittelpunkt bzw. eine durch den Krümmungs- mittelpunkt gelegten Achse einnehmen würde.

In der WO 2005 / 105 341 A1 wird eine Oszillationsvorrichtung für Stranggießkokillen zum Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff, beschrieben, mit mehreren zwischen einem ortsfesten Kokillenrahmen und Anlenkungs- bzw. Einspannstellen verlaufenden, die Stranggießkokille tragenden und in geregelte Schwingungen, wie bspw. Resonanzschwingungen, mittels Antriebspaaren versetzenden Federn oder Federpaketen. Zur Anwendung gelangen Federn, Federpakete oder Federbündel aus Faserverbundwerkstoffen mit bei Arbeitstemperaturen von ca. 20 - 80 ⁰ C hoher Korrosionsbeständigkeit, hoher Dauerstandsfestigkeit, mechanischer Beständigkeit bei gegebener Steifigkeit und mit mechanischen Eigenschaften ähnlich denen von Federstahl.

Die Erfindung ist eine Weiterbildung des Standes der Technik nach der WO 2005 / 105 341 A1.

Oszillationsvorrichtungen für Stranggießkokillen, bei denen Federn, Federpakete oder Federbündel aus Faserverbundwerkstoffen eingesetzt sind, haben sich bewährt. Es hat sich aber herausgestellt, dass das Verhältnis von Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul zu geringster Druckfestigkeit des Faserverbundes bei den bekannten Ausführungen ungünstig und von Nachteil ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem die o.g. Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Oszillati- onsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 die Feder einteilig mit mindestens zwei zueinander beabstandeten Lagen aus Faserverbundwerkstoff endlos gewickelt ist.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Oszillationsvorrichtung liegt darin, dass die erfindungsgemäße zweilagige Feder mit ihrer aus endlosen Fasern hergestellten Form eine höhere Federsteifigkeit gegenüber den bekannte

Ausführungen aus Stahl und dem Stand der Technik nach WO 2005 / 105 341 A1 aufweist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hohlraum an den Enden der Feder, der bei der Herstellung durch einen eingelegten Wickelkern, der nach der Fertigung entfernt wird, entsteht, mittels eines Elastomers ausgefüllt wird. Hierdurch wird ein direktes Aufeinanderpressen der beiden Lagen vermieden und die Reibung wird reduziert. In den Einspanbereichen ist beispielsweise eine Kleberschicht vorhanden. Der Spalt zwischen den beiden Einspannenden kann, muss aber nicht, mit einem Elastomer gefüllt werden.

Weiterhin ist bei einer speziellen Ausbildung vorgesehen, den Wickelkern zwischen den beiden Lagen der Feder zu belassen. Anstatt den Hohlraum mit einem Elastomer auszufüllen bleibt der Wickelkern an Ort und Stelle. Zum besseren Festklemmen und um die Enden der Federn nicht zu stark zu belasten sind an den Längskanten der Wickelkerne Stege ausgebildet. Diese nehmen die Klemmkraft auf und tragen die Kräfte in die Anlenkungs- und Einspannstellen ab. Die Feder ist unbelastet.

Gemäß der Erfindung wird ein großer Teil des Längszuges durch Schubspan- nungen in der Klebefuge zwischen Faserverbund-Schichtung und Stahlkern übertragen. Das Verhältnis von geringer Druck- zu hoher Zugfestigkeit ist vom gewählten Faserverbund abhängig und wird durch die beschriebene Ausführung nicht verändert. Ihm wird nur Rechnung getragen, indem nicht per Normalkraft sondern über Adhäsion / Kohäsion in der Fuge Längskräfte abgetragen werden. Die Gefahr einer Zerstörung der Werkstoffmatrix wird reduziert.

In einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass mittels der rechten oder der linken Anlenkungs- bzw. Einspannstelle die Feder bzw. die Federn mit den Stegen in Längsrichtung gespannt werden. Hierzu wird die Anlenkungs- bzw. Ein- spannstelle über eine Schraube in Längsrichtung bewegt.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Feder für eine Oszillationsvorrichtung für Stranggießkokillen zum Gießen von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahlwerkstoff. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feder einteilig mit mindestens zwei zueinander beabstandeten Lagen aus Faserverbundwerkstoffen endlos gewickelt wird.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Feder erfolgt derart, dass zwei Wickelkerne in einer Montagevorrichtung auf einen vorgegebenen Abstand fixiert werden und dann die Feder durch Wickeln der endlosen Fasern oder des endlosen Faserverbundes aufgebaut wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von sehr schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Oszillationsvorrichtung, in

Form von einem Rahmen mit Wasserkästen und Federn, jedoch ohne die (nur strichpunktiert angedeutete) Stranggießkokille;

Fig. 2 eine Seitenansicht in Richtung "A" gegen die Feder - Befestigung;

Fig. 3 in geschnittener Seitenansicht eine Anlenkungs- bzw. Einspannstelle am linken Ende der Feder mit Ansicht von Schnitt A - A;

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung eine Feder mit eingelegtem Wickelkern;

Fig. 5 in geschnittener Seitenansicht eine Anlenkungs- bzw. Einspannstelle am linken Ende der Feder mit Ansicht von Schnitt A - A in Ausführung nach Figur 4 und

Fig.6 in geschnittener Seitenansicht eine Anlenkungs- bzw. Einspannstelle am rechten Ende der Feder in einer speziellen Ausgestaltung.

Gemäß den Figuren 1 und 1A ist eine Stranggießkokille 1 in einem ortsfesten Kokillenrahmen 2, der auch Wasserkästen 3 für die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser trägt, schwingungsfähig gelagert. Der Kokillenrahmen 2 weist an beiden Enden der rechteckigen Grundform jeweils obere und untere Paare von Anlenkungs- bzw. Einspannstellen 4 für Federn 5 auf. Die Federn sind sogenannte Blattfedern und bestehen aus einem Faserverbundwerkstoff. Die Federn 5 haben ein rechtes Ende 6 und ein linkes Ende 7. Die Enden 6, 7 befinden sich in den Anlenkungs- bzw. Einspannstellen 4 und werden dort mittels Schrauben 8 fest geklemmt. In der Mitte 9 ist die Feder 5 mittels einer Spannstelle 10 mit der Stranggießkokille 1 verbunden. Wie dargestellt besteht die Oszillationsvorrich- tung aus mindestens einer oberen Feder 5a und einer unteren Feder 5b. Die Länge der Federn 5 entspricht in etwa dem Abstand von den Außenkanten der Anlenkungs- bzw. Einspannstellen 4.

In Figur 3 ist das linke Ende 7 der erfindungsgemäßen Feder 5 dargestellt. In der Anlenkungs- bzw. Einspannstelle 4 werden zwei Federn 5 eingespannt und mittels Schrauben 8 fest geklemmt. Die Schrauben 8 befinden sich dabei neben den Federn 5, der Faserverlauf der Federn 5 wird nicht zerstört. Die zwei zwei- lagigen Federn 5 bilden somit vier parallel verlaufende Lagen 11 , wobei je zwei benachbarte Lagen 11 an ihren Enden 6 und 7 verbunden sind. Dieses wird durch die endlose Ausbildung der Fasern ermöglicht. Jede Feder ist quasi endlos. In der in Figur 3 dargestellten Ausführung ist an den Enden 6, 7 zwischen den zweilagigen Federn 5 beispielsweise ein Elastomer eingefügt, um den nach dem Wickeln vorhandenen Hohlraum 12, der durch das Entfernen des Wickelkernes 13 entsteht, zu füllen und die Reibung zu minimieren. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Feder erfolgt beispielsweise derart, dass zwei Wickelkerne 13 in einer Montagevorrichtung auf einen vorgegebenen Abstand fixiert

werden und dann die Feder durch Wickeln der Fasern oder des Faserverbundes aufgebaut wird.

Figur 4 zeigt eine Feder 5 mit zwischen den Lagen 11 angeordnetem Wickelkern 13, der an seinen Längskanten Stege 14 aufweist. Die Stege 14 sind so ausgelegt, dass sie die Oberseiten der Lagen 11 überragen. Dieses ermöglicht eine andere Form des Einspannens der Feder 5.

In Figur 5 ist diese Form des Einspannens dargestellt. In der Anlenkungs- bzw. Einspannstelle 4 sind zwei Federn 5, also vier Lagen 11 Faserverbundstoff, mit- tels der Stege 14 fest geklemmt. Die vier Lagen 11 werden nicht geklemmt.

Eine Besonderheit zeigt Figur 6. Gemäß der dort gezeigten Ausführung einer rechten Anlenkungs- bzw. Einspannstelle 4 können die Federn 5 mit den Stegen 14 in Längsrichtung gespannt werden. Hierzu wird die Anlenkungs- bzw. Einspannstelle 4 über eine Schraube 15 in Längsrichtung bewegt.

Bezugszeichenliste

1 Stranggießkokille

2 Kokillenrahmen

3 Wasserkasten

4 Anlenkungs- bzw. Einspannstelle

5 Feder

6 rechtes Ende

7 linkes Ende

8 Schraube

9 Mitte

10 Spannstelle

11 Lage

12 Hohlraum

13 Wickelkern

14 Steg

15 Schraube