Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von platten- oder bahnförmigem Material durch Erzeugen eines Flachstrahls, der auf das zu kühlende Material gerichtet ist, mit einem Gehäuse, das mit mindestens einem Anschluss zum Einleiten eines Kühlmediums versehen ist und das eine Flachstrahl-Düse bildet; mit einer Verteilerplatte, die mit einer Durchtrittsöffnung versehen ist, über die die Flachstrahl-Düse mit dem Kühlmedium beaufschlagt wird.
Derartige Vorrichtungen dienen vor allem zum gesteuerten Kühlen von Blechen und Bändern in der stahlverarbeitenden Industrie. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kunststoffverarbeitung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der FR-A1 151 450 bekannt. Zwei Wände eines Gehäuses bilden eine Flachstrahl-Düse. Im Gehäuse sind hintereinander zwei Verteilerplatten mit Durchtrittsöffnungen angeordnet, um den Austritt der Kühlflüssigkeit zu vergleichmäßigen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass geschweißte Konstruktionen zumindest dann nicht mehr in der Lage sind, eine sehr gleichmäßige Abkühlung zu erzielen, wenn mit extrem breiten Flachstrahlen in der Größenordnung von fünf Metern gearbeitet wird. Selbst nach sorgfältigem Spannungsfreiglühen führen die thermischen Belastungen zu einem Verziehen der Schweißkonstruktion. Immerhin befindet sich die Düse in geringem Abstand oberhalb oder unterhalb des zu kühlenden Materials und ist dementsprechend einer erheblichen Wärmestrahlung ausgesetzt. Ein Verziehen der Schweißkonstruktion wirkt sich insbesondere auf die Konfiguration der Düse nachteilig aus. Die Düse kann sich bogenförmig verformen, und zwar sowohl in Transportrichtung als auch senkrecht hierzu. Auch kann sie sich verwinden. Ferner kann die Verformung dazu führen, dass die Dicke des Flachstrahts über der Flachstrahlbreite variiert. Sämtliche dieser Verformungen bringen den Nachteil mit sich, dass das Material über seine Breite ungleichmäßig gekühlt wird. Entsprechende Qualitätseinbußen sind die Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Art zu schaffen, die Ober eine große Bearbeitungsbreite verfügt und dennoch in der Lage ist, den Kühlprozess sehr gleichmäßig durchzuführen und auf diese Weise eine hohe Bearbeitungsqualität zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem ersten Gehäuse und einem zweiten Gehäuse gebildet wird, die aus Gussstahl bestehen, miteinander verbunden sind und zwischen sich die Verteilerplatte einspannen,wobei sich das erste Gehäuse über die Breite der Flachstrahl-Düse erstreckt und dass eine Leiste mit der erste Wand des ersten Gehäuses verbunden ist und gemeinsam mit der zweiten Wand des ersten Gehäuses die Flachstrahl-Düse bildet.
Die Erfindung arbeitet mit den beiden miteinander verbundenen Gehäusen, die aus Gussstahl bestehen und zwischen sich die Verteilerplatte einspannen. Auf diese Weise entsteht eine starre, verwindungsfreie Konstruktion, die selbst bei extremer Flachstrahlbreite hohen thermischen Belastungen standhält, ohne dass es zu einer Verformung der Düse kommt. Der Kühlprozess läuft also sehr gleichmäßig ab, so dass Bleche hoher Qualität erzeugt werden können.
Das zweite Gehäuse, das sich vorzugsweise ebenfalls über die Breite des Flachstrahls erstreckt, nimmt das Kühlmedium auf und gibt es über die Verteilerplatte gleichmäßig an den Innenraum des ersten Gehäuses ab. Entsprechend gleichmäßig ist die Beaufschlagung der Düse über der Breite des Flachstrahls.
Dieser Effekt lässt sich noch dadurch verbessern, dass das zweite Gehäuse eine Mehrzahl von Anschlüssen zum Einleiten des Kühlmediums aufweist und dass deren Fläche mindestens der Fläche der Durchtrittsöffnungen der Verteilerplatte entspricht.
Ferner lässt sich die Stabilität der Konstruktion noch dadurch erhöhen, dass der Innenraum des ersten und/oder des zweiten Gehäuses mit in Strömungsrichtung verlaufenden Gussstegen versehen ist. Insgesamt ergibt sich eine relativ flache, aufrechte Baugruppe, die aufgrund der Gusskonstruktion der beiden Gehäuse und der Einspannung der Verteilerplatte auch bei extremer Länge verwindungssteif und thermisch hochbelastbar ist.
Die Gussstege des ersten Gehäuses enden in einem Abstand vor der Düse, der vorzugsweise mindestens dem eineinhalbfachen der Düsenlänge entspricht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die durch die Gussstege verursachten Störungen der Strömung abgeklungen sind, bevor das Kühlmedium in die Düse eintritt.
Die Länge der Düse beträgt vorzugsweise 10 mm bis 40 mm, um einer Strahlaufweitung nach dem Austritt aus der Düse zu begegnen.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Leiste auf der Außenfläche der ersten Wand des ersten Gehäuses angeordnet ist. Die Leiste kann also nicht zu einer Schwächung der Gehäusekonstruktion führen. Außerdem treten keine Abdichtungsprobleme auf. Undichtigkeiten würden die Gleichmäßigkeit des Flachstrahls beeinträchtigen und eine entsprechende Qualitätsminderung des Arbeitsergebnisses bewirken.
Unter diesem Gesichtspunkt ist es besonders vorteilhaft, dass die Leiste metallisch abdichtend an der Außenfläche der ersten Wand des ersten Gehäuses anliegt.
Vorzugsweise stützt sich die Leiste an einer aus der ersten Wand des ersten Gehäuses vorstehenden Schulter ab. Hierdurch wird ebenfalls die Steifigkeit der gesamten Konstruktion gesteigert.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Dicke des Flachstrahls, die vorzugsweise 1 mm bis 4 mm beträgt, über eine zwischen der Leiste und der Schulter angeordnete Unterlegleiste einstellbar ist. Es hat sich gezeigt, dass Unteriegleisten am besten geeignet sind, eine exakte Düseneinstellung auch bei großer Dusenerstreckung zuverlässig zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die erste Wand des ersten Gehäuses abgewinkelt und so ausgeführt, dass sie im Düsenbereich senkrecht zur zweiten Wand ausgerichtet ist.
Die Düse wird zwischen planparallen Flächen gebildet, von denen die eine an der Leiste und die andere ah der zweiten Wand des ersten Gehäuses angeordnet ist. Dabei kann die Anordnung so getroffen werden, daß die beiden Gehäuse eine aufrechte, lotrecht zu dem zu kühlenden Material angeordnete Baugruppe bilden, wobei die erste Wand des ersten Gehäuses um 40° bis 50° abgewinkelt ist, so daß also der Flachstrahl ebenfalls unter einem Winkel von 90° bis 50° auf das zu kühlende Material auftrifft.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Die Vorrichtung dient zum Erzeugen eines Flachstrahls, der gegen ein Stahlblech 1 gerichtet ist. Das Stahlblech 1 wird von links nach rechts in Figur 1 transportiert. Die Breite des Flachstrahls, gemessen senkrecht zur Zeichenebene von Figur 1, beträgt fünf Meter.
Die Vorrichtung weist ein erstes Gehäuse 2 aus Gußstahl auf, das sich über die gesamte Breite des Flachstrahls erstreckt. Es besteht im wesentlichen aus einer ersten Wand 3 und einer zweiten Wand 4, die über Gußstege 5 sowie nicht dargestellte Stirnwände miteinander verbunden sind.
Auf der Außenfläche der ersten Wand 3 ist eine Leiste 6 angeordnet, die mit der zweiten Wand 4 eine Flachstrahl-Düse bildet. Die erste Wand 3 ist abgewinkelt, und die zweite Wand 4 ist so geführt, daß sie im Düsenbereich mit der ersten Wand 3 einen rechten Winkel bildet. Aus dieser Konfiguration resultiert derjenige Winkel, unter dem der Flachstrahl auf das Stahlblech 1 auftrifft.
Die Länge der Düse beträgt im vorliegenden Falle 20 mm. Damit ist gewährleistet, daß sich die Dicke des Flachstrahls nach dem Austritt aus der Düse nur unwesentlich aufweitet.
Die Gußstege 5 enden in einem Abstand vor der Düse, der dem Mehrfachen der Düsenlänge entspricht. Die durch die Gußstege 5 hervorgerufenen Störungen in der Strömung des Kühlmediums sind also bereits abgeklungen, wenn das Kühlmedium in die Düse eintritt. Eine sehr gleichmäßige Ausbildung des Flachstrahls ist die Folge.
Die Anordnung der Leiste 6 auf der Außenfläche der ersten Wand 3 des ersten Gehäuses 2 trägt zur Erhöhung der Stabilität des ersten Gehäuses 2 bei. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Leiste 6 metallisch abdichtend an der Außenfläche der ersten Wand 3 anliegt. Undichtigkeiten, die zur Störung des Flachstrahls führen könnten, werden also vermieden.
Die Leiste 6 ist mittels einer Schraube 7 gegen die Außenfläche der ersten Wand 3 verspannt. Außerdem stützt sich die Leiste 6 an einer aus der ersten Wand 3 des ersten Gehäuses 2 vorstehenden Schulter 8 ab. Die Höhe des Düsenspaltes, also die Dicke des Flachstrahls, wird von einer Unterlegleiste 9 bestimmt, die zwischen der Leiste 6 und der Schulter 8 angeordnet ist und von einer zusätzlichen Schraube 10 fixiert wird. Bei einer Änderung der Düse wird die Unterlegleiste 9 ausgetauscht.
Im Abstand zur Leiste 6 ist das erste Gehäuse 2 mit einem zweiten Gehäuse 11 verschraubt. Letzteres besteht ebenfalls aus Gußstahl und erstreckt sich einteilig, wie auch das erste Gehäuse 2, über die gesamte Breite des Flachstrahls. In seinem Inneren ist auch das zweite Gehäuse 11 mit Gußstegen 12 versehen.
Zwischen den beiden Gehäusen 2 und 11 ist eine Verteilerplatte 13 eingespannt. Sie weist Durchtrittsöffnungen 14 für das Kühlmedium auf. Die beiden aus Stahl bestehenden Gehäuse 2 und 11 bilden unter Zwischenschaltung der Verteilerplatte 13 einen starren Verbund, der auch unter den herrschenden thermischen Belastungen formstabil bleibt. Der Flachstrahl kann also ungestört und in definierter Formation auf das Stahlblech 1 auftreffen. Dadurch läßt sich ein optimales Kühlergebnis erzielen, woraus eine hohe Werkstoffqualität resultiert.
Das zweite Gehäuse 11 ist mit einer Mehrzahl von Anschlüssen 15 zum Einleiten des Kühlmittels versehen. Das Kühlmittel tritt in den Innenraum des zweiten Gehäuses 11 ein und wird von der Verteilerplatte 13 gleichmäßig über die Breite des Strahls verteilt. Durch die Durchtrittsöffnungen 14 gelangt es sodann in den Innenraum des ersten Gehäuses 2 und an dessen Austrittsende in die Flachstrahl-Düse. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Anschlüsse 15 insgesamt eine Durchtrittsfläche definieren, die mindestens der Summe der Durchtrittsflächen der Durchtrittsöffnungen 14 entspricht, wobei sich mit zunehmendem Verhältnis die Verteilung des Kühlmediums verbessert.
Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. Dies gilt beispielsweise für den Winkel, unter dem der Flachstrahl auf das Werkstück auftrifft. Auch muß die Erstreckung des zweiten Gehäuses in Flachstrahl-Breitenrichtung nicht unbedingt der des ersten Gehäuses entsprechen, obwohl gleiche Abmaße im Hinblick auf die Stabilität der Gesamtanordnung vorzuziehen sind. Auf die Gußstege des ersten und/oder des zweiten Gehäuses kann ggf. verzichtet werden. Auch hier allerdings gilt, daß die Stabilität der Anordnung insbesondere bei breiten Flachstrahlen durch die Gußstege gefördert wird. Im übrigen erfüllen die Gußstege neben ihrer Festigkeitsfunktion auch eine Funktion als Strömungsleiteinrichtungen. Letzteres gilt auch für die Verteilerplatte. Die metallische Abdichtung zwischen der Leiste und dem ersten Gehäuse kann durch ein eingelegtes Dichtelement ersetzt oder ergänzt werden.