Strangführungselement zum Führen und Stützen eines

metallischen Strangs in einer Stranggießmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strangführungselement zum Führen und Stützen eines metallischen Strangs in einer Stranggießmaschine . Konkret betrifft die Erfindung ein Strangführungselement zum Führen und Stützen eines metallischen Strangs in einer

Stranggießmaschine, aufweisend

- einen Innenrahmen;

- einen Außenrahmen, wobei jeweils der Innenrahmen und der Außenrahmen mehrere Strangführungsrollen zum Führen und

Stützen des Strangs aufweisen;

- wenigstens ein Lager zur gelenkigen Verbindung des

Innenrahmens mit dem Außenrahmen; und

- eine Versteileinrichtung zur Änderung eines Abstands zwischen dem Innenrahmen und dem Außenrahmen, wobei die

Änderung des Abstands in einer Richtung quer zu der Gießrichtung erfolgt.

Strangführungselemente zum Führen und Stützen eines

metallischen Strangs in einer bogenförmigen oder einer geraden Strangführung einer Stranggießmaschine sind dem

Fachmann unter anderem unter den Bezeichnungen

Strangführungssegment, Strangführungselement oder Segment bekannt. Dabei weist ein Strangführungselement einen

Innenrahmen und einen Außenrahmen (bei bogenförmigen

Stranggießanlagen auch als Innenbogen- bzw. Außenbogenrahmen oder als Ober- bzw. Unterrahmen bezeichnet) auf, wobei jeweils der Innen- und der Außenrahmen mehrere

Strangführungsrollen zum Stützen und Führen des Strangs aufweisen. Um das Strangführungselement an unterschiedliche Gießdicken des Strangs anpassen zu können, ist es bekannt, das Strangführungselement typischerweise entweder an einem Ende oder an beiden Enden des Elements mit einer Versteileinrichtung auszubilden, wobei der Abstand zwischen dem Innenrahmen und dem Außenrahmen quer, d.h. normal, zur Gießrichtung des Strangs durch die VerStelleinrichtung verändert werden kann. Eine besonders einfache Konstruktion des Strangführungselements lässt sich erzielen, wenn in der Gießrichtung des Strangs an einem Ende des

Strangführungselements zur gelenkigen Verbindung des

Innenrahmens mit dem Außenrahmen ein Lager angeordnet ist, wobei derartige Konstruktionen auch als sogenannte

„Zangensegment" , „Zangenbender" oder „tong-type segment" bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang ist unter einer gelenkigen Verbindung des Innenrahmens mit dem Außenrahmen mittels eines Lagers des zu verstehen, dass der Innenrahmen gegenüber dem Außenrahmen eine Relativverdrehung zulässt, wobei diese Bewegung nicht notwendigerweise drehmomentenfrei erfolgen muss.

Nachteilig an den Lösungen nach dem Stand der Technik ist, dass durch fertigungs- und anwendungsbedingte Toleranzen beim Lager oder der Versteileinrichtung ein mechanische Spiel zwischen Innen- und Außenrahmen bedingt wird, sodass keine spielfreie Verbindung zwischen diesen Bauteilen erzielt werden kann. Durch dieses sogenannte „Spiel", das eine mechanische Hysterese darstellt, ergeben sich beispielsweise Abweichungen in Dickenrichtung (d.h. zwischen dem

eingestellten Abstand zwischen Innen- und Außenrahmen und der Dicke des Strangs selbst, sodass die Ist-Dicke von der Soll- Dicke des Strangs abweicht) oder in der Querrichtung (d.h. zwischen der Dicke des linken und rechten

Strangquerschnitts) , wobei in beiden Fällen der Strang eine niedrigere Maßhaltigkeit und dadurch niedrigere Qualität aufweist .

Aufgabe der Erfindung ist es, das mechanische Spiel eines Lagers eines Strangführungselements zur Verbindung des

Innenrahmens mit dem Außenrahmen entweder deutlich zu

reduzieren oder ein gänzlich spielfreies Lager zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Lager wenigstens einen stabförmigen Bauteil aufweist, dessen erstes Ende in dem Innenrahmen und dessen zweites Ende in dem Außenrahmen fest eingespannt ist, wobei der stabförmige Bauteil die Bewegung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Durch das beidseitige Einspannen, d.h. das Blockieren der

Freiheitsgrade für die Verschiebungen und Verdrehungen, eines stabförmigen Bauteils, d.h. eines Bauteils dessen

Längserstreckung größer ist als dessen Quererstreckung, wird der Innenrahmen mit dem Außenrahmen im Bereich des Lagers spielfrei, d.h. sowohl in der Dickenrichtung als auch in einer Richtung quer zur Dicken- und zur Gießrichtung,

miteinander verbunden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der stabförmige Bauteil als ein Biegestab ausgeführt ist, wobei der Biegestab die Biegebeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Sowohl der Biegestab selbst als auch dessen konstruktive Auslegung sind dem Fachmann gut bekannt, sodass eine einfache Anpassung des Biegestabs an die zu erwartenden Öffnungswinkel des

Strangführungselements möglich ist. In einer einfachen Ausführungsform ist der Biegestab als eine Blattfeder, ein Blattfederpaket oder ein Zugstab ausgeführt. Die auftretenden mechanischen Spannungen in einer Blattfeder, einem Blattfederpaket oder einem Zugstab sind dem Fachmann aus der Literatur gut bekannt, sodass diese Bauteile sehr gut an die auftretenden Belastungen angepasst werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der

Biegestab als Kolbenstange einer Versteileinrichtung

ausgeführt, wobei ein erstes Ende der Versteileinrichtung in dem Innenrahmen und ein zweites Ende der Versteileinrichtung in dem Außenrahmen fest eingespannt ist und der Biegestab die Biegebeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens

gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Diese spielfreie Ausführungsform gestattet zudem noch eine lagerseitige

Dickenänderung des Strangführungselements.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Lager zusätzlich ein Drehgelenk auf, wobei das Drehgelenk eine zusätzliche Führung bei der Bewegung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen darstellt. Dadurch wird zum Einen die Führungsgenauigkeit und zum Anderen die axiale Führung bei der Relativverdrehung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen verbessert.

Eine Ausführungsform besteht darin, das Drehgelenk aus einem Drehauge und einer Drehführung zu bilden, wobei das Drehauge mit dem Innenrahmen und die Drehführung mit dem Außenrahmen verbunden ist. Bei einer dazu äquivalenten Lösung ist das Drehauge mit dem Außenrahmen und die Drehführung mit dem Innenrahmen verbunden.

Eine vorteilhafte Kinematik kann erzielt werden, wenn eine Drehachse des Drehgelenks koaxial, d.h. mit übereinstimmenden Rotationsachsen, zu einer Drehachse einer, vorzugsweise in Gießrichtung ersten, Strangführungsrolle angeordnet ist.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der stabförmige Bauteil als ein Torsionsstab ausgeführt ist, wobei der Torsionsstab die Torsionsbeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Auch der Torsionsstab selbst als auch dessen konstruktive Auslegung sind dem Fachmann gut bekannt, sodass eine einfache Anpassung des Torsionsstabs an die zu erwartenden

Öffnungswinkel eines Strangführungselements möglich ist.

In einer einfachen Ausführungsform weist der Torsionsstab einen runden, elliptischen, rechteckigen oder quadratischen Voll- oder Hohlquerschnitt auf. Runde oder elliptische

Querschnitte weisen z.B. gegenüber quadratischen oder

rechteckigen Querschnitten wesentlich geringere

Spannungskonzentrationsfaktoren auf, sodass Torsionsstäbe mit diesen Querschnitten bei gleichen mittleren Spannungen entweder leichter ausgeführt können oder eine erhöhte

Lebensdauer aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Torsionsstab aus einem torsionssteifen Element und einem torsionsweichen

Element, vorzugsweise einer Torsionsfeder, gebildet. Dadurch ist es möglich, eine hohe Steifigkeit eines torsionssteifen Elements, z.B. eines Torsionsstabs mit Vollquerschnitt, mit einer sehr geringen Steifigkeit eines torsionsweichen

Elements, z.B. einer Torsionsfeder, zu kombinieren. Hierbei sind die Begriffe torsionssteif und torsionsweich jeweils relativ zu verstehen, d.h. dass die Torsionssteifigkeit des torsionssteifen Elements wesentlich (beispielsweise 5 Mal) größer als die Torsionssteifigkeit des torsionsweichen

Elements ist.

In einer Ausführungsform ist in Gießrichtung betrachtet das Lager am oberen Ende und die Versteileinrichtung am unteren Ende des Strangführungselements angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das feste

Einspannen mittels einer formschlüssigen oder einer

reibschlüssigen Verbindung; z.B. ist das erste Ende und/oder das zweite Ende des stabförmigen Bauteils formschlüssig oder reibschlüssig mit dem Innenrahmen oder dem Außenrahmen verbunden. Sowohl eine formschlüssige als auch eine

reibschlüssige Verbindung sind gut dazu geeignet, einen stabförmigen Bauteil einzuspannen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Versteileinrichtung ein erstes Ende, wenigstens einen

Biegestab und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende der Versteileinrichtung in dem Innenrahmen und das zweite Ende der Versteileinrichtung in dem Außenrahmen fest eingespannt ist und der Biegestab die Biegebeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Mittels dieser Ausführungsform wird ein völlig spielfreies Strangführungselement geschaffen; außerdem ist es möglich, eine lagerseitige und eine verstelleinrichtungsseitige

Dickenverstellung vorzunehmen. In einer einfachen Ausführungsform ist die

VerStelleinrichtung als ein Druckmittelzylinder ausgeführt, wobei dessen Kolbenstange als Biegestab ausgeführt ist.

Dadurch lässt sich auf sehr einfache und robuste Art und Weise eine VerStelleinrichtung mit Biegestab realisieren, wobei es belanglos ist, ob der Kolben und der Biegestab als ein Bauteil oder - so wie üblich - als zwei einzelne aber miteinander verbundene Bauteile ausgeführt sind.

Für eine hohe Einstellgenauigkeit des Strangführungselements ist es vorteilhaft, die VerStelleinrichtung mit einer

Messeinrichtung zur Messung des Abstands zwischen Innenrahmen und Außenrahmen auszubilden. Weiters ist es vorteilhaft, die Messeinrichtung in den Druckmittelzylinder zu integrieren bzw. direkt am Kolben oder der Zugstange (zentral) zu messen.

In einer einfachen Ausführungsform ist zwischen dem

stabförmigen Bauteil und dem Innen- oder Außenrahmen eine Beilage oder ein Betätigungselement zur Anpassung des

Strangführungselements an unterschiedliche Gießdicken

angeordnet.

Besonders vorteilhaft ist es, das erfindungsgemäße

Strangführungselement in einer Stranggießmaschine zur

Herstellung eines Stranges, vorzugsweise mit einem

Querschnitt für Brammen oder Dünnbrammen, aus Stahl zu verwenden .

Weiters ist es vorteilhaft, das Strangführungselement

gleichzeitig als ein Biegesegment zur Umlenkung des Stranges von einer vertikalen in eine gebogene Richtung zu verwenden, wobei bei dieser Verwendung mindestens eine

Strangführungsrolle als angetriebene Rolle ausgeführt ist. Auch kann das Strangführungselement an beliebiger anderer Position in der Strangführung eingesetzt werden, wo eine größere Dickenreduktion stattfinden soll. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht

einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Strangführungssegments mit Lager und Versteileinrichtung

Fig. 2 ein Ausschnitt aus der Fig. 1 mit einem Lager mit Biegestab und Drehgelenk

Fig. 3 eine Darstellung eines Lagers mit Biegestab ohne

Drehgelenk

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Strangführungssegment mit einem Lager mit Biegestab ohne Drehgelenk

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf ein Strangführungssegment mit einer Versteileinrichtung mit Biegestab Fig. 6 eine schematische Darstellung eines

Strangführungssegments mit einem Lager mit Torsionsstab

Fig. 7 und 8 eine geschnittene Draufsicht auf ein Lager mit Torsionsstab

Fig. 1 zeigt ein als ein Strangführungssegment 1 ausgeführtes Strangführungselement einer Bogenstranggießmaschine zur

Herstellung von Brammen aus Stahl in einer Vorderansicht. In der Stranggießmaschine selbst wird flüssiger Stahl in einer Kokille zu einem zumindest teilerstarrten Gießstrang

vergossen, der in der nachfolgenden, aus mehreren in

Gießrichtung aufeinanderfolgenden Strangführungssegmenten gebildeten, bogenförmigen Strangführung geführt, gestützt und weiter abgekühlt wird. Dabei tritt der Gießstrang in

Gießrichtung 25 von oben in das Strangführungssegment 1 ein, wobei das Strangführungssegment einen Außenrahmen 3, einen Innenrahmen 2, zwei Lager 5 zur gelenkigen Verbindung des Außenrahmens mit dem Innenrahmen und zwei

Versteileinrichtungen 8 aufweist. Sowohl der Innenrahmen 2 und der Außenrahmen 3 weisen mehrere Strangführungsrollen 4 zum Stützen und Führen des Strangs auf. Mittels der jeweils als ein Druckmittelzylinder 22 ausgebildeten

Versteileinrichtungen 8 wird der Abstand in der

Dickenrichtung des Gießstrangs zwischen dem Innenrahmen 2 und dem Außenrahmen 3 eingestellt. Jedes Lager 5 weist einen als einen Biegestab 12 ausgebildeten stabförmigen Bauteil 9 auf, dessen erstes Ende 10 im Innenrahmen 2 und dessen zweites Ende 11 im Außenrahmen 3 fest eingespannt ist, wobei der stabförmige Bauteil 9 die Bewegung des Innenrahmens 2

gegenüber dem Außenrahmen 3 bei einer Abstandsänderung in der Dickenrichtung des Gießstrangs mittels der

Versteileinrichtungen 8 aufnimmt.

Ein Lager 5 aus der Fig. 1 ist in Fig. 2 nochmals vergrößert dargestellt. Dabei ist der stabförmige Bauteil 9 als

Biegestab 12 ausgeführt, wobei dieser die auftretende

Biegebeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens

gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt. Der stabförmige Bauteil 9 selbst ist jeweils im Innenrahmen 2 und im Außenrahmen 3 fest eingespannt, wobei die Einspannung über zwei Konsolen 6, die jeweils mit dem Rahmen fest verbunden sind, erfolgt. Um einen Drehmittelpunkt bei der Relativbewegung - konkret ist der Außenrahmen 3 gegenüber dem Innenrahmen 2 um das Lager 5 um ±5° verdrehbar - exakt zu definieren, weist das Lager 5 ein Drehgelenk 14, das ein Drehauge 15 und eine Drehführung 16 umfasst, auf. Die Drehachse des Drehgelenks 14, die zentrisch durch das Drehauge 15 verläuft und normal auf die

Zeichenebene der Fig. 2 steht - verläuft koaxial zur

Drehachse 18 der in Gießrichtung ersten Strangführungsrolle des Innenrahmens 2. Um ein mechanisches Spiel zwischen dem Biegestab 13 und den Konsolen 6 zu vermeiden, ist der Biegestab mittels der Muttern 7 vorgespannt und wird so zusätzlich zu einem Zugstab 13. Außerdem kann das

Strangführungssegment mittels der Beilagen 24 in einfacher Weise an unterschiedliche Strangdicken angepasst werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Beilage 24 durch ein nicht dargestelltes Betätigungselement (z.B. einen

Hydraulikzylinder) zu ersetzen, sodass die Anpassung

automatisiert, d.h. gesteuert oder geregelt, erfolgen kann. Eine alternative Ausführungsform eines Lagers 5 aus der Fig.

1 ist in Fig. 3 dargestellt. Im Unterschied zur Fig. 2 weist dieses Lager kein Drehgelenk und keine Beilagen auf, sodass diese Ausführungsform besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Selbstverständlich ist es auch in diesem Fall möglich, die Beilage 24 durch ein nicht dargestelltes Betätigungselement (z.B. einen Hydraulikzylinder) zu ersetzen, sodass die

Anpassung automatisiert, d.h. gesteuert oder geregelt, erfolgen kann.

Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein

Strangführungssegment nach Fig. 1, jedoch ohne Drehgelenk. Dabei wird ein nicht dargestellter Gießstrang zwischen mehreren, jeweils dem Außenrahmen 3 und dem Innenrahmen 2 zugeordneten, Strangführungsrollen 4 gestützt und geführt, wobei die beiden Lager 5 in der Breitenrichtung des

Gießstrangs an den linken und rechten Stirnseiten des

Strangführungssegments 1 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur die eine Hälfte des

Strangführungssegments 1 dargestellt; die zweite Hälfte ist symmetrisch zu der strichpunktiert gezeichneten

Symmetrielinie. Jedes Lager 5 zur Verbindung des Innenrahmens

2 mit dem Außenrahmen 3 weist einen stabförmigen Bauteil 9 auf, dessen erstes Ende 10 mittels einer Konsole 6 im

Innenrahmen 2 fest eingespannt ist und dessen zweites Ende 11 mittels einer weiteren Konsole 6 im Außenrahmen 3 fest eingespannt ist. Der stabförmige Bauteil 9 ist als Biegestab 12 ausgeführt, sodass der Biegestab bei der Bewegung des Innenrahmens 2 gegenüber dem Außenrahmen 3 eine

Biegebeanspruchung erfährt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, den Biegestab 12 als eine Kolbenstange einer

Versteileinrichtung auszuführen, wobei in diesem Fall das erstes Ende der Versteileinrichtung im Innenrahmen 2 und ein zweites Ende der Versteileinrichtung im Außenrahmen 3 fest eingespannt ist.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht von unten auf das

Strangführungssegment nach Fig. 1. Ein nicht dargestellter Gießstrang wird - wie in der Fig. 4 dargestellt - zwischen mehreren, jeweils dem Außenrahmen 3 und dem Innenrahmen 2 zugeordneten, Strangführungsrollen 4 gestützt und geführt, wobei die beiden Versteileinrichtungen 8 jeweils als

Druckmittelzylinder 22 ausgeführt sind und in der

Breitenrichtung des Gießstrangs im Bereich linken und des rechten Endes des Strangführungssegments angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist wiederum nur die eine

Hälfte des Strangführungssegments 1 dargestellt; die zweite Hälfte ist symmetrisch zu der strichpunktiert gezeichneten Symmetrielinie. Jede Versteileinrichtung 8 weist eine erstes Ende 20, eine als Biegestab ausgeführte Kolbenstange 23, und ein zweites Ende 21 auf, wobei das erste Ende 20 über eine Konsole 6 im Innenrahmen 2 und das zweite Ende 21 im

Außenrahmen 3 fest eingespannt ist und der Biegestab 23 die Biegebeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens

gegenüber dem Außenrahmen aufnimmt.

Eine Vorderansicht eines Strangführungssegments 1 mit einem Lager 5 mit Torsionsstab 19 wird in Fig. 6 gezeigt. Wie in der Fig. 1 tritt der Gießstrang in Gießrichtung 25 von oben in das Strangführungssegment 1 ein, wobei das

Strangführungssegment einen Außenrahmen 3, einen Innenrahmen 2, zwei Lager 5 zur gelenkigen Verbindung des Außenrahmens mit dem Innenrahmen und zwei nicht dargestellte

Versteileinrichtungen 8 aufweist. Jedes Lager 5 weist wenigstens einen als Torsionsstab 19 ausgebildeten stabförmigen Bauteil auf, dessen erstes Ende 10 im

Innenrahmen 2 und dessen zweites Ende 11 im Außenrahmen 3 fest eingespannt ist, wobei der Torsionsstab 19 die

Torsionsbeanspruchung bei der Bewegung des Innenrahmens 2 gegenüber dem Außenrahmen 3 aufnimmt.

Fig. 7 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Strangführungssegment 1 mit zwei Lagern 5 mit Torsionsstab 19, wobei nur die untere Hälfte des Strangführungssegments dargestellt ist. Dabei ist ein als runder Hohlquerschnitt ausgeführter Torsionsstab 19 einerseits über drei Schrauben

26 mit dem Außenrahmen 3 und andererseits über eine

Presspassung 27 mit dem Innenrahmen 2 verbunden, wobei ein erstes Ende des Torsionsstabs 19 im Innenrahmen 2 und ein zweites Ende des Torsionsstabs 19 im Außenrahmen 3 fest eingespannt ist. Der Torsionsstab 19 ist dabei so ausgelegt, dass er die auftretende Torsionsbeanspruchung bei der

Bewegung des Innenrahmens 2 gegenüber dem Außenrahmen 3 aufnehmen kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass - in

Weiterbildung der Fig. 7 und wie in der Fig. 8 dargestellt - in einem Lager 5 die ersten Enden zweier Torsionsstäbe 19a und 19b miteinander verbunden sind und über eine Presspassung

27 mit dem Innenrahmen 2 verbunden sind , wobei jeweils das zweite Ende der Torsionsstäbe über zwei Schrauben 26 mit dem Außenrahmen 3 verbunden ist. Dadurch wird die Steifigkeit des Lagers 5 und die Gesamttorsionssteifigkeit der beiden

Torsionsstäbe erhöht. Bezugs zeichenliste

1 Strangführungssegment

2 Innerahmen

3 Außenrahmen

4 Strangführungsrolle

5 Lager

6 Konsole

7 Mutter

8 VerStelleinrichtung

9 stabförmiger Bauteil

10 erstes Ende des stabförmigen Bauteils

11 zweites Ende des stabförmigen Bauteils

12 Biegestab

13 Zugstab

14 Drehgelenk

15 Drehauge

16 Drehführung

17 Drehachse des Drehgelenks

18 Drehachse der Strangführungsrolle 19, 19a, 19b Torsionsstab

20 erstes Ende der VerStelleinrichtung

21 zweites Ende der VerStelleinrichtung

22 Druckmittelzylinder

23 Kolbenstange

24 Beilage

25 Gießrichtung

26 Schraube

27 Presspassung