Dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant.
La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant, en particulier dans une cellule d'électrolyse.
Il est connu de déposer un métal par voie électrolytique sur un substrat mobile, aussi bien pour former un revêtement permanent sur le substrat - par exemple une couche de zinc ou d'étain sur une bande d'acier - que pour fabriquer une feuille mince par électroformage.
A cet effet, on utilise différents types de cellules d'électrolyse, que l'on peut sommairement subdiviser en cellules radiales et en cellules droites. Il faut rappeler que, dans tous les cas, la cathode du système électrolytique est constituée par le substrat mobile.
Dans une cellule radiale, le substrat est guidé suivant un arc de cercle par un rouleau conducteur, tournant autour d'un axe généralement horizontal, disposé dans une cuve qui contient l'électrolyte.
Dans une cellule droite au contraire, le substrat décrit une trajectoire rectiligne, horizontale ou verticale, traversant la cellule d'électrolyse. Cette trajectoire lui est imposée par des rouleaux de guidage, parallèles l'un à l'autre, disposés à l'extérieur de la cellule.
Quel que soit le type de cellule, la partie cathodique, c'est-àdire le substrat, reçoit le courant d'électrolyse par contact avec un rouleau tournant situé, selon le cas, à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.
Ce rouleau tournant est lui-même alimenté en courant électrique, à partir de barres conductrices fixes, par l'intermédiaire de balais localisés dans des supports fixes. Ces balais sont appuyés par des ressorts, ou par tout autre moyen, sur une bague conductrice appelée collecteur, qui est solidaire du rouleau. De ce fait, les balais fixes frottent sur le collecteur qui tourne avec le rouleau.
Actuellement, les constructeurs de cellules d'électrolyse cherchent régulièrement à augmenter les densités de courant utilisées dans les cellules, afin de réduire l'encombrement de celles-ci et/ou d'augmenter leur efficacité. Il en résulte une augmentation importante du courant global à fournir au rouleau par les balais. Ce courant peut aujourd'hui présenter une intensité de plusieurs dizaines de milliers d'ampères. La puissance dissipée par la résistance de contact entre les balais et le collecteur est dès lors énorme et justifie le refroidissement de celui-ci, généralement par circulation d'eau. Ce refroidissement peut cependant se heurter à certaines difficultés dues notamment à la grande quantité de chaleur à évacuer et à la fragilité de certains points du circuit tels que les joints tournants.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant qui ne présente pas les inconvénients précités, notamment en matière de refroidissement du collecteur.
Conformément à la présente invention, un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant, qui comporte un collecteur coaxial audit rouleau et sur lequel frottent des balais montés dans des porte-balais, est caractérisé en ce que ledit collecteur est fixe, en ce que les porte-balais sont fixés audit rouleau et tournent avec lui, en ce que ledit collecteur fixe est électriquement raccordé à une source extérieure de courant électrique et en ce que lesdits balais sont électriquement raccordés audit rouleau tournant.
Selon une réalisation particulière, ledit collecteur fixe est équipé de moyens de refroidissement; il peut notamment être constitué d'une bague creuse dans laquelle circule un agent de refroidissement tel que l'eau.
En principe, les porte-balais et les balais peuvent être montés sur une partie quelconque du rouleau tournant. Pour des raisons d'encombrement et aussi pour ne pas entraver le passage du substrat, il est apparu préférable de les monter sur une face d'extrémité ou même à l'intérieur de ce rouleau.
Dans le cadre de la présente invention, les balais, respectivement les porte-balais peuvent occuper des positions différentes par rapport au collecteur.
Dans une première variante, les porte-balais sont situés radialement vers l'intérieur par rapport au collecteur; dans cette disposition, les balais frottent sur la surface latérale intérieure du collecteur, et le collecteur constitue une sorte de cage de protection des balais et des porte-balais.
Suivant une autre variante, les porte-balais et les balais sont situés radialement vers l'extérieur par rapport au collecteur; dans cette disposition, les balais frottent sur la surface latérale extérieure du collecteur. Les balais sont dès lors aisément accessibles de l'extérieur; de plus, le collecteur présente un diamètre plus petit, ce qui peut être particulièrement intéressant pour les rouleaux associés à des cellules droites.
Dans ces deux variantes, les balais sont orientés en direction radiale par rapport au collecteur, et leur force d'application sur le collecteur est également radiale.
Suivant encore une autre variante, les porte-balais et les balais sont situés à hauteur d'une surface transversale du collecteur. Par surface transversale du collecteur, il faut entendre ici une surface qui coupe l'axe du collecteur sous un angle quelconque, par exemple une surface tronconique coaxiale au collecteur. Parmi les surfaces transversales, une surface radiale, c'est-à-dire perpendiculaire audit axe, présente un intérêt particulier. En effet, dans cette disposition particulière, les balais frottent sur une surface radiale du collecteur et exercent dès lors sur celui-ci un effort dirigé parallèlement à l'axe de rotation du rouleau, sans composante radiale.
Une autre variante de l'invention propose un dispositif composé d'une cathode constituée par un rouleau cylindrique creux, supporté par des organes d'appui appropriés pour qu'il puisse tourner autour de son axe longitudinal, et d'un collecteur fixe disposé à l'intérieur du rouleau creux, la liaison électrique étant assurée par des balais montés sur la surface intérieure du rouleau creux et frottant sur la surface extérieure du collecteur. Le collecteur est lui-même constitué par un corps cylindrique creux, coaxial au rouleau creux qui constitue la cathode, et doté d'un circuit de refroidissement par circulation d'eau.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Cette description porte sur différentes variantes du dispositif de l'invention, qui sont illustrées par les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre un dispositif de la technique antérieure, comportant un collecteur solidaire du rouleau tournant; la Fig. 2 présente une première variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur la surface radialement intérieure d'un collecteur fixe; la Fig. 3 illustre une autre variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur la surface radialement extérieure d'un collecteur fixe; la Fig. 4 montre un montage suivant encore une autre variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur une face latérale radiale d'un collecteur fixe;
et la Fig. 5 illustre une variante comportant un collecteur fixe situé à l'intérieur d'une cathode creuse.
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Ces figures constituent des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Pour la clarté de l'exposé, des éléments identiques ou analogues, ou remplissant des fonctions identiques ou analogues, sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.
La Fig. 1 représente un dispositif couramment utilisé dans la technique antérieure pour assurer l'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant. Un rouleau tournant 1, dont on n'a représenté qu'une portion d'extrémité, est pourvu d'un collecteur 2 monté par exemple sur la face d'extrémité du rouleau. Des balais 3, montés dans un porte-balais 4 sont alimentés en courant électrique à partir de barres conductrices 5 auxquelles ils sont raccordés par des tresses souples 6. Le porte-balais 4 est fixe, et les balais 3 frottent sur le collecteur tournant 2 pour assurer la transmission du courant électrique au rouleau tournant 1 et ensuite au substrat mobile, non représenté ici. Le refroidissement par eau d'un collecteur tournant de ce type nécessite la présence de joints tournants, bien connus en soi et non représentés ici.
Dans la Fig. 2, on a également représenté une portion d'extrémité d'un rouleau tournant 1. Un collecteur 2, constitué par une bague fixe, est disposé à proximité du rouleau 1 et coaxialement à celuici. Un porte-balais 4 est monté sur la face d'extrémité du rouleau 1, de façon à être situé radialement à l'intérieur du collecteur 2. Celui-ci est raccordé à une source de courant électrique par l'intermédiaire de barres conductrices 5. Les balais mobiles 3 frottent sur la surface latérale intérieure du collecteur 2, et le courant électrique est ensuite transmis au rouleau tournant 1 par les tresses souples 6. Le collecteur 2 est ici représenté sous la forme d'une bague creuse équipée d'un circuit de refroidissement symbolisé par la canalisation 7. Enfin, il peut être prévu des moyens 8 d'équilibrage du rouleau tournant 1.
Cette dernière disposition est particulièrement avantageuse lorsque le rouleau est animé d'une vitesse de rotation élevée, comme c'est le cas notamment dans les installations d'électrodéposition, par exemple de zinc ou d'étain. En outre, la force centrifuge produite par la rotation rapide s'ajoute à la force exercée par les ressorts de pression pour appliquer les balais sur le collecteur.
La Fig. 3 illustre une réalisation analogue à celle de la Fig. 2, avec la différence que le porte-balais 4 et les balais 3 sont situés radialement à l'extérieur du collecteur 2. Dans ce cas, les balais 3 frottent sur la surface latérale extérieure du collecteur 2; leur accès est extrêmement aisé.
La Fig. 4 montre une autre réalisation du dispositif de l'invention, dans laquelle les balais mobiles 3 frottent sur une face radiale du collecteur fixe 2. Les autres repères numériques correspondent à ceux des Fig. 2 et 3. Cette disposition permet de réduire l'encombrement radial du dispositif.
Enfin, la Fig. 5 illustre une variante du dispositif de l'invention, dans laquelle le collecteur fixe est disposé à l'intérieur de la cathode cylindrique creuse. On a représenté ici une cathode creuse 1, en coupe axiale, entourée par des anodes 10. La cathode est supportée par des paliers 9 de type connu, par exemple des paliers lisses ou des roulements à billes; ces paliers 9 peuvent d'ailleurs être situés à l'extérieur ou à l'intérieur de la cathode
1. Le collecteur 2 est un cylindre fixe, disposé à l'intérieur de la cathode 1, coaxialement à celle-ci. Le collecteur fixe 2 est
pourvu d'un circuit de refroidissement symbolisé par les tuyaux d'entrée et de sortie 7; il est alimenté en courant électrique par des barres conductrices 5. Les porte-balais 4 sont montés sur la surface intérieure de la cathode 1, et les balais 3 frottent sur la
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quement raccordés à la cathode 1 par des tresses souples 6. Cette disposition offre l'avantage d'assurer une protection mécanique des balais, et de permettre une bonne répartition du courant électrique sur la longueur axiale de la cathode, c'est-à-dire sur la largeur i de la zone de dépôt électrolytique.
L'emploi d'un collecteur fixe conformément à l'invention permet de simplifier et de faciliter le refroidissement de ce collecteur; en outre, il est possible d'augmenter la section du collecteur, pour lequel il n'y a pas de limitation de poids ou d'encombrement. Par ailleurs, le rouleau tournant est allégé; il est dès lors plus facile à construire et à manipuler.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et illustrés. Diverses modifications peuvent y être apportées par un homme de métier, sans sortir du cadre de l'invention, en particulier en ce qui concerne la forme de la section du collecteur, la disposition relative des balais mobiles et du collecteur fixe, l'emploi d'un rouleau creux ou encore l'installation de moyens d'équilibrage.
Le dispositif de l'invention n'est pas non plus limité à l'alimentation du rouleau tournant d'une cellule d'électrolyse. Il est utilisable dans toutes les applications des rouleaux tournants, particulièrement lorsqu'il se pose un problème de refroidissement du collecteur.
REVENDICATIONS
1. Dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant (1), qui comporte un collecteur (2) coaxial audit rouleau et sur lequel frottent des balais (3) montés dans des porte-balais
(4), caractérisé en ce que ledit collecteur (2) est fixe, en ce que les porte-balais (4) sont fixés audit rouleau (1) et tournent avec lui, en ce que ledit collecteur fixe (2) est électriquement raccordé à une source extérieure de courant électrique et en ce que lesdits balais (3) sont électriquement raccordés audit rouleau tournant (1).
Device for supplying electric current to a rotating roller.
The present invention relates to a device for supplying electric current to a rotating roller, in particular in an electrolysis cell.
It is known to deposit a metal electrolytically on a mobile substrate, both to form a permanent coating on the substrate - for example a layer of zinc or tin on a steel strip - as well as to make a thin sheet by electroforming.
For this purpose, different types of electrolysis cells are used, which can be roughly subdivided into radial cells and straight cells. It should be remembered that, in all cases, the cathode of the electrolytic system consists of the mobile substrate.
In a radial cell, the substrate is guided in an arc by a conductive roller, rotating around a generally horizontal axis, placed in a tank which contains the electrolyte.
In a straight cell, on the contrary, the substrate describes a rectilinear trajectory, horizontal or vertical, crossing the electrolysis cell. This trajectory is imposed on it by guide rollers, parallel to each other, arranged outside the cell.
Whatever the type of cell, the cathode part, that is to say the substrate, receives the electrolysis current by contact with a rotating roller situated, as the case may be, inside or outside the cell. .
This rotating roller is itself supplied with electric current, from fixed conducting bars, by means of brushes located in fixed supports. These brushes are supported by springs, or by any other means, on a conductive ring called a collector, which is integral with the roller. Therefore, the fixed brushes rub on the collector which rotates with the roller.
Currently, manufacturers of electrolytic cells regularly seek to increase the current densities used in the cells, in order to reduce their bulk and / or increase their efficiency. This results in a significant increase in the overall current to be supplied to the roller by the brushes. This current can today have an intensity of several tens of thousands of amperes. The power dissipated by the contact resistance between the brushes and the collector is therefore enormous and justifies the cooling of the latter, generally by circulation of water. This cooling can however come up against certain difficulties due in particular to the large amount of heat to be evacuated and to the fragility of certain points of the circuit such as the rotary joints.
The object of the present invention is to provide a device for supplying electric current to a rotating roller which does not have the aforementioned drawbacks, in particular with regard to cooling the collector.
According to the present invention, a device for supplying electric current to a rotating roller, which comprises a collector coaxial with said roller and on which brushes mounted in brush holders rub, is characterized in that said collector is fixed, in that the brush holders are fixed to and rotate with said roller, in that said fixed collector is electrically connected to an external source of electric current and in that said brushes are electrically connected to said rotating roller.
According to a particular embodiment, said fixed collector is equipped with cooling means; it can in particular consist of a hollow ring in which circulates a cooling agent such as water.
In principle, the brush holders and brushes can be mounted on any part of the rotating roller. For reasons of space and also not to hinder the passage of the substrate, it appeared preferable to mount them on an end face or even inside this roller.
In the context of the present invention, the brushes, respectively the brush holders can occupy different positions relative to the collector.
In a first variant, the brush holders are located radially inwards relative to the collector; in this arrangement, the brushes rub against the internal lateral surface of the collector, and the collector constitutes a sort of protective cage for the brushes and the brush holders.
According to another variant, the brush holders and the brushes are located radially outwards relative to the collector; in this arrangement, the brushes rub on the external lateral surface of the collector. The brushes are therefore easily accessible from the outside; in addition, the collector has a smaller diameter, which can be particularly advantageous for the rollers associated with straight cells.
In these two variants, the brushes are oriented in the radial direction relative to the collector, and their force of application on the collector is also radial.
According to yet another variant, the brush holders and the brushes are situated at the height of a transverse surface of the collector. By transverse surface of the collector is meant here a surface which cuts the axis of the collector at any angle, for example a frustoconical surface coaxial with the collector. Among the transverse surfaces, a radial surface, that is to say perpendicular to said axis, is of particular interest. Indeed, in this particular arrangement, the brushes rub on a radial surface of the collector and therefore exert on it a force directed parallel to the axis of rotation of the roller, without radial component.
Another variant of the invention provides a device composed of a cathode constituted by a hollow cylindrical roller, supported by suitable support members so that it can rotate around its longitudinal axis, and a fixed collector arranged at the interior of the hollow roller, the electrical connection being provided by brushes mounted on the interior surface of the hollow roller and rubbing against the exterior surface of the collector. The collector itself is constituted by a hollow cylindrical body, coaxial with the hollow roller which constitutes the cathode, and provided with a cooling circuit by circulation of water.
Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows. This description relates to different variants of the device of the invention, which are illustrated by the appended drawings, in which FIG. 1 shows a device of the prior art, comprising a collector secured to the rotating roller; Fig. 2 presents a first variant of the invention, with movable brushes rubbing on the radially inner surface of a fixed collector; Fig. 3 illustrates another variant of the invention, with movable brushes rubbing on the radially outer surface of a fixed collector; Fig. 4 shows an assembly according to yet another variant of the invention, with movable brushes rubbing on a radial lateral face of a fixed collector;
and Fig. 5 illustrates a variant comprising a fixed collector situated inside a hollow cathode.
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These figures constitute schematic representations, without any particular scale, in which only the elements necessary for understanding the invention have been reproduced. For the sake of clarity, identical or analogous elements, or fulfilling identical or analogous functions, are designated by the same reference numerals in all the figures.
Fig. 1 shows a device commonly used in the prior art for supplying electric current to a rotating roller. A rotating roller 1, of which only one end portion has been shown, is provided with a manifold 2 mounted for example on the end face of the roller. Brushes 3, mounted in a brush holder 4 are supplied with electric current from conductive bars 5 to which they are connected by flexible braids 6. The brush holder 4 is fixed, and the brushes 3 rub on the rotary collector 2 to ensure the transmission of electric current to the rotating roller 1 and then to the mobile substrate, not shown here. Water cooling of a rotary collector of this type requires the presence of rotary joints, well known per se and not shown here.
In Fig. 2, there is also shown an end portion of a rotating roller 1. A manifold 2, consisting of a fixed ring, is arranged near the roller 1 and coaxially therewith. A brush holder 4 is mounted on the end face of the roller 1, so as to be located radially inside the collector 2. The latter is connected to a source of electric current by means of conductive bars 5 The movable brushes 3 rub against the inner lateral surface of the collector 2, and the electric current is then transmitted to the rotating roller 1 by the flexible braids 6. The collector 2 is here represented in the form of a hollow ring fitted with a cooling circuit symbolized by the pipe 7. Finally, means 8 can be provided for balancing the rotating roller 1.
This latter arrangement is particularly advantageous when the roller is driven at a high rotational speed, as is the case in particular in electroplating installations, for example of zinc or tin. In addition, the centrifugal force produced by the rapid rotation is added to the force exerted by the pressure springs to apply the brushes to the collector.
Fig. 3 illustrates an embodiment similar to that of FIG. 2, with the difference that the brush holder 4 and the brushes 3 are located radially outside the collector 2. In this case, the brushes 3 rub on the external lateral surface of the collector 2; their access is extremely easy.
Fig. 4 shows another embodiment of the device of the invention, in which the mobile brushes 3 rub on a radial face of the fixed collector 2. The other numerical references correspond to those of FIGS. 2 and 3. This arrangement makes it possible to reduce the radial size of the device.
Finally, FIG. 5 illustrates a variant of the device of the invention, in which the fixed collector is arranged inside the hollow cylindrical cathode. There is shown here a hollow cathode 1, in axial section, surrounded by anodes 10. The cathode is supported by bearings 9 of known type, for example plain bearings or ball bearings; these bearings 9 can also be located outside or inside the cathode
1. The collector 2 is a fixed cylinder, arranged inside the cathode 1, coaxial with the latter. The fixed collector 2 is
provided with a cooling circuit symbolized by the inlet and outlet pipes 7; it is supplied with electric current by conductive bars 5. The brush holders 4 are mounted on the inner surface of the cathode 1, and the brushes 3 rub on the
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only connected to cathode 1 by flexible braids 6. This arrangement offers the advantage of ensuring mechanical protection of the brushes, and of allowing good distribution of the electric current over the axial length of the cathode, that is to say tell about the width i of the electrolytic deposition area.
The use of a fixed collector in accordance with the invention makes it possible to simplify and facilitate the cooling of this collector; in addition, it is possible to increase the section of the manifold, for which there is no limitation of weight or size. Furthermore, the rotating roller is lightened; it is therefore easier to build and handle.
The invention is of course not limited to the embodiments which have just been described and illustrated. Various modifications can be made to it by a person skilled in the art, without departing from the scope of the invention, in particular as regards the shape of the section of the collector, the relative arrangement of the movable brushes and the fixed collector, the use of 'A hollow roller or the installation of balancing means.
The device of the invention is also not limited to feeding the rotating roller of an electrolysis cell. It can be used in all applications of rotating rollers, particularly when there is a problem of collector cooling.
CLAIMS
1. Device for supplying electric current to a rotating roller (1), which comprises a collector (2) coaxial with said roller and on which brushes (3) rubbed mounted in brush holders
(4), characterized in that said collector (2) is fixed, in that the brush holders (4) are fixed to said roller (1) and rotate with it, in that said fixed collector (2) is electrically connected to an external source of electric current and in that said brushes (3) are electrically connected to said rotating roller (1).