-
Die
Erfindung betrifft eine Kontaktrollenvorrichtung, die für
verschiedenartige Anlagen zu der unter Verwendung von Elektrizität
erfolgenden Behandlung von länglichen Erzeugnissen aus
Metall, wie Draht, stabförmigen Profilen und Band, geeignet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Oberflächenbehandlungsanlage,
darunter auch eine Vakuum-Oberflächenbehandlungsanlage,
die insbesondere bei Reinigung bzw. Oberflächenveredelung
von länglichen Erzeugnissen aus Metall unter Einwirkung von
elektrischem Strom einsetzbar ist und die erfindungsgemäße
Kontaktrollenvorrichtung mit Kühlvorrichtung enthält.
-
Das
zu behandelnde längliche Erzeugnis aus Metall wird unten
auch "Metallstrang" genannt. Bei kontinuierlicher Bearbeitung von
Metallstrang unter Einwirkung von elektrischem Strom, wie es beispielsweise
bei verschiedenen Vakuum-Lichtbogenverfahren der Fall ist, stellt
die Stromübertragung von der Stromquelle zu dem zu behandelnden
Erzeugnis besonders große Anforderungen. Für die
Aufrechterhaltung des Lichtbogens z. B. werden häufig bei
kleinen Spannungen hohe Stromstärken benötigt.
Zur Sicherung der Stromcharakteristiken muss der elektrische Kontakt
des Metallstrangs mit den Stromübertragungsbauteilen möglichst
stabil sein.
-
Bei
einem Einsatz von Schleifkontakten muss aufwendige mechanische Verstellung
zur Vermeidung von Schleifrillen realisiert werden. Die Mehrheit
der gegenwärtig üblichen Schleifkontakte ist auf glatte
Oberflächen mit vorgegebenem Einlaufverhalten konzipiert
und damit für die Verwendung obiger Art, insbesondere im
Vakuum, weitgehend ungeeignet.
-
Bekannt
ist eine Stromübertragungsvorrichtung, bei der der Draht
innerhalb einer Behandlungskammer nach einem Plasma-Modul zwischen
zwei gekühlten Kontaktrollen und anschließend
durch ein Paar an den Draht gepresster, gekühlter Rollen
geführt wird, siehe Patentschrift
RU 2181636 C2 "Verfahren
und Vorrichtung zur Vakuumlichtbogenreinigung von Draht", Anmeldetag
15.03.2000. Obwohl die Kontaktrollen häufig beispielsweise
mit einem Kupfermantel versehen sind, um bessere Leitfähigkeit
an der Kontaktstelle zu gewährleisten, kann es bei derartiger
Rollenpaar-Kontaktvorrichtung durch die hohe Stromdichte zu Abbrand
und Funkenbildung kommen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Kontaktrollenpaar
aus glatter Ober- und Unterrolle besteht, welche mechanisch an den
Metallstrang gepresst werden, da der Stromübergang unter
diesen Umständen lediglich an zwei Berührungspunkten
erfolgt. Zudem wird bei dem Einsatz von zwei gegenüberliegenden
Rollen durch den punktförmigen Kontakt gegebenenfalls nur
eine geringe Kühlwirkung am Metallstrang erreicht.
-
Bei
einem Einsatz eines Dreirollensystems mit gerillten Rollen wird
eine bessere Kontaktierung mit einer linienförmigen Stromübertragung
gewährleistet, ähnlich wie bei der bekannten Rollenkontaktanordnung
für Hochspannungsschalter, siehe
deutsche Offenlegungsschrift 2213508 vom
11.01.1973. Nachteilig bei Anwendung dieses Systems für
die Bearbeitung eines Metallstrangs ist jedoch, dass der Metallstrang
durch die Dreirollenanordnung eine Krümmung erhält,
welche für nachfolgende Baugruppen ungünstige
Verhältnisse schafft. Das ist vor allem bei Vakuumbehandlung
der Fall, die üblicherweise ein Austritts-Schleusensystem voraussetzt.
Wird an der Austritts-Schleuse Kunststoff als Dichtungswerkstoff
eingesetzt, kann es zu einseitigen Abrieberscheinungen kommen.
-
In
vielen Fällen wird der Metallstrang im Laufe der Behandlung
erwärmt. Als er die Austritts-Schleuse durchgeht und mit
elastischem Dichtungswerkstoff in Berührung kommt, kann
es infolge seiner Krümmung und der geringen Temperaturstabilität
der Dichtung zur Steigerung des Verschleißes an der Schleuse
kommen.
-
Auch
wenn die Austritts-Schleuse in Form eines Ziehsteins gestaltet ist,
wirken Abweichungen von der zentralen Führung nachteilig
aus, indem sie den Verschleiß am Ziehstein beschleunigen.
-
Bei
manchen Behandlungsarten wird so viel Wärme frei gesetzt,
dass es im Falle einer unzureichenden Kühlung zu einer
unzulässigen Temperatursteigerung im Metallstrang führen
kann.
-
Kritisch
kann bei manchen Anwendungen auch die Erwärmung der Rollenlager
sein, was insbesondere bei der Vakuumbehandlung der Fall ist, da die
Wärme im Vakuum nicht wie üblich über
Konvektion abgeführt werden kann.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, für eine unter Stromzufuhr
erfolgende Behandlung von Metallstrang eine Kontaktrollenvorrichtung
anzubieten, die unter erheblichen Anpresskräften und definierten
Umschlingungswinkeln funktioniert und damit hohe Stromdichten kontaktsicher,
funkenfrei, ohne bleibende Verformung des zu reinigenden Materials und
verschleißarm bei schnelleren Laufgeschwindigkeiten und
optimaler Führung ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kontaktrollen eine
Rollenrichtanordnung aus mindestens 5 Richtrollen bilden, wobei
diese entsprechend dem Metallstrang-Querschnitt profiliert sind.
-
Um
ein temperaturkonstantes Funktionieren der gelagerten Kontaktrollen
auch im Vakuum, sowie gegebenenfalls eine ausreichende Kühlwirkung
am Metallstrang zu ermöglichen, ist die Kontaktrollenvorrichtung
vorzugsweise mit einem Kühlsystem ausgestattet. Das Kühlsystem
kann beispielsweise aus Wärmetauschern bestehen, die an
den Trägern der Kontaktrollen angeflanscht, mit den Trägern
einstückig gebildet sind oder direkt an die Kontaktrollen und/oder
Kontaktscheiben (falls vorhanden) angebracht sind. Daneben kann
die Kühlung durch das Leiten eines Kühlmittels
durch hohle Kontaktrollen erfolgen. Eine weitere Möglichkeit
ist es, ein odere mehrere Wärmetauscher, z. B. in Form
eines Rippenkühlers, direkt an den Kontaktrollen oder Kontaktscheiben
anzubringen.
-
Dank
der Kombination von Stromzuführung, Metallstrangführung
und Kühlung an einer Stelle ist eine solche gekühlte
Kontaktrollenvorrichtung durch besondere Kompaktheit gekennzeichnet.
Dies ist insbesondere bei der Verwendung in einer Vakuumbehandlungsanlage
von Vorteil, weil dadurch eine Reduktion des Vakuumkammervolumens
möglich ist, die ihrerseits zur Kostensenkung und Energieeinsparung
beiträgt.
-
Um
den elektrischen Kontakt zwischen den Rollen und dem Metallstrang
weiter zu verbessern, sind Kontaktrollen mit einer Beschichtung
ausgestattet, die gute Kontakt- und Werkstoffeigenschaften besitzt,
d. h. zugleich hohe Leitfähigkeit, minimalen Kontaktwiderstand,
gute Verschleißbeständigkeit, ausreichende Festigkeit
usw. aufweist.
-
Um
noch mehr zur Kompaktheit der Kontaktvorrichtung beizutragen, ist
die Stromübertragung auf die Kontaktrollen über
direkten Schleifkontakt angeboten. Zu diesem Zweck sind Kontaktklotze
vorgesehen, die gegen eine oder mehrere Kontaktrollen angepresst
sind.
-
Zweckmäßigerweise
ist der Kontaktklotz auf die Kontaktbeschichtung gepresst, was den
elektrischen Kontakt besonders begünstigt.
-
Als
Alternative zum direkten Schleifkontakt der Kontaktrolle mit Kontaktklotz
sind spezielle Kontaktscheiben vorgesehen. Eine solche Kontaktscheibe
ist auf die Achswelle einer Kontaktrolle aufgesetzt bzw. an die
Letztere direkt angeflanscht, wobei eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen beiden entsteht; daneben kontaktiert jede Kontaktscheibe
mit mindestens einem Kontaktklotz.
-
Die
erfindungsgemäße Anlage zu der unter Stromzufuhr
erfolgenden Behandlung von Metallstrang ist gekennzeichnet durch
eine Kontaktrollenvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, die möglichst
nah an die Behandlungs-Partie der Anlage angeordnet ist.
-
Durch
diese Anordnung wird den negativen Erscheinungen wie Abbrand und
Funkenbildung an der Kontaktstelle, Schlängelung des Metallstrangs
u. ä. vorgebeugt. Die verbesserten elektrischen Kontaktcharakteristiken
und optimierte Kühlung bei der erfindungsgemäßen
Anlage sorgen für glechmäßige, ununterbrochene
und vorgabengemäße Wirkung der Elektrizität,
sowie für sichere Führung und ggf. für vorgegebene
Kühlung des Metallstrangs. Hierdurch erreicht man erhöhte
Zuverlässigkeit, geringere Stillstandzeiten, erhöhte
Produktqualität und gesteigerte Produktivität.
Die Nahstellung zur Behandlungs-Partie, beispielsweise zum Lichtbogen-Modul,
sorgt für Minimierung des Spannungsabfalls im Metallstrang und
folglich für Energieeinsparung.
-
Diese
Vorteile sind bei der erfindungsgemäßen Vakuum-Behandlungsanlage
noch deutlicher, da noch die Funktionsbedingungen der Austritts-Schleuse
verbessert sind und eine kompaktere Anordnung angeboten ist.
-
Im
Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand von von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Vorderansicht einer Ausführung der erfindungsgemäßen
Kontaktrollenvorrichtung,
-
2 eine
Schnittdarstellung im Schnitt A-A aus 1,
-
3 eine
Schnittdarstellung im Schnitt B-B aus 2,
-
4 eine
Vorderansicht einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Kontaktrollenvorrichtung,
-
5 eine
Schnittdarstellung im Schnitt C-C aus 4,
-
6 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen
Kontaktrollenvorrichtung.
-
Zwar
beziehen sich alle Figuren auf Kontaktrollenvorrichtungen mit je
5 Rollen, versteht es sich, dass die Rollenanzahl entsprechend den
jeweiligen Anwendungsbedingungen gleich 7, 9, 11 oder mehr sein
kann. Die Merkmale der erfindungsgemäßen Kontaktrollenvorrichtung
werden hier am Beispiel der Behandlung von Rundstab bzw. Draht geschildert.
Es ist für den Fachmann jedoch klar, dass die erfindungsgemäße
Kontaktrollenvorrichtung auch für nichtrunden Metallstrang
geeignet ist.
-
In 1 ist
eine Kontaktrollenvorrichtung für Metallstrang (1)
dargestellt, deren Kontaktrollen (2) in der oberen Gruppe
(2a, 2b) vertikal anstellbar und die Kontaktrollen
(2) der unteren Gruppe (2c, 2d, 2e) nicht
anstellbar sind. Die Rollenanstellung erfolgt durch mechanische,
elektromechanische, hydraulische oder hydraulisch-mechanische Mittel,
die an sich bekannt und hier nicht gezeigt sind. Für Metallstrang
mit nichtrundem Stabprofil, Winkelprofil usw. kann die Rollenanstellung
nicht nur vertikal, sondern auch horizontal erfolgen.
-
2 zeigt
eine Unteransicht auf die Ausführungsform nach 1 im
Schnitt A-A. Jede Kontaktrolle (2) hat eine Achswelle (3),
welche gegebenenfalls noch eine Kontaktscheibe (4) trägt.
Diese steht mit der Kontaktrolle (2) über die
leitende Achswelle (3) in elektrisch leitenden Verbindung.
Auf die Kontaktscheibe (4) ist ein Kontaktklotz (5)
gepresst, beispielsweise mit Hilfe einer Feder (6). Der
Kontaktklotz (5) ist über einen Leiter an eine
Stromquelle (beides nicht gezeigt) angeschlossen. Die Achswellen
(3) sind drehbar in mindestens einem Träger (7) angeordnet.
(Es ist für den Fachmann klar, dass die Anzahl der Träger
durch die konkrete Konstruktion bestimmt ist. Bei manchen bekannten
Mitteln zur vertikalen Anstellung kann beispielsweise die obere
(2a, 2b) und die untere (2c, 2d, 2e)
Rollengruppe je einen eigenen Träger haben.) Ein Wärmetauscher
(8) ist an den Träger (7) angeflanscht.
-
Es
ist ersichtlich, dass jede Kontaktrolle (2) eine Rille
(9) besitzt, deren Profil an Rundstab bzw. Draht angepasst
ist. Zweckmäßig sind die Rillen (9) nicht
rundbogen-, sondern V-förmig, was zugleich für guten
Kontakt und für Erweiterung des behandelbaren runden Sortiments
ohne Kontaktrollenwechsel sorgt. Dasselbe gilt für alle
abgebildeten Ausführungsbeispiele aus 1 bis 6.
Es ist jedoch klar, dass der Fachmann für konkrete Profilarten
und Sortimente die jeweils am besten angepassten Rillen-, Rollen-
und Kaliberformen aussuchen wird. Bei flachem Metallstrang sind
die Rillen überflüssig und glatte Kontaktrollen
anwendbar.
-
Aus
der schematischen Scnittdarstellung der 3 wird erkennbar,
auf welche Weise die erfindungsgemäße Rollenrichtanordnung
mit einer dem Metallstrang-Querschnitt angepassten Profilierung der
Lauffläche den elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktrollen
(2) und dem Metallstrang (1) begünstigt.
-
Da
jede Kontaktrolle über einen durch den Kontaktwinkel (a)
bestimmten, sich über den entsprechenden Kontaktbogen erstreckenden
Teil ihrer Lauffläche vom Metallstrang umschlungen wird,
erfolgt die Stromübertragung zwischen Kontaktrollen und Metallstrang
im schlimmsten Fall linienförmig über alle Rollen;
bei einer besonders günstigen Wahl der Profilierung entstehen
auf allen Laufflächen sogar dreidimensionale Kontaktflächen.
-
Desweiteren
wird eine sichere Kontaktierung des Metallstrangs durch die einstellbaren
hohen Anpresskräfte der Rollen, resultierend aus dem Richtprozess,
realisiert.
-
Neben
dem verbesserten Kontakt sorgt die erfindungsgemäße
Rollenrichtanordnung der Kontaktrollen für beschleunigte
Wärmeabfuhr vom Metallstrang, was bei der Ausführung
der 1 bis 3 durch den angeflanschten Wärmetauscher
(8) erfolgt. Zwar ist auf 1 bis 3,
sowie 4 bis 6, ein Kühlsystem aus
je einem angeflanschten bzw. integrierten Wärmetauscher
gezeigt, ist es für den Fachmann klar, dass die Wärmeabnahme
auch durch Durchlaufkühlung der Kontaktrollen oder durch eine
Kombination dieser mit seitwärtigen Wärmetauschern
möglich ist. Die Wärmeentwicklung aus der Rollenlagerung,
dem Übergangswiderstand aus Rollen und Metallstrang sowie
dem Wärmeeintrag aus dem Behandlungsprozess wird damit
geregelt abgeführt, was zur Temperaturstabilität
beiträgt.
-
Bei
der Ausführung der erfindungsgemäßen Kontaktrollenvorrichtung
nach 4 und 5 geht es um Stromübertragung
mittels einer Richtrollengruppe mit integriertem Wärmetauscher 8 über
direkt an die Kontaktrollen angeflanschte Kontaktscheiben 4.
-
6 zeigt
einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit einem
im Träger (7) integriertem Wärmetauscher
(8). Die Kontaktrollen (2) haben eine Kontaktbeschichtung
(10), die den elektrischen Kontakt der Rolle (2)
mit dem Metallstrang (1) einerseits und dem unmittelbar
auf die Kontaktrolle (2) gepressten Kontaktklotz andererseits
begünstigt. Daneben kann die Beschichtung derart konzipiert
werden, dass sie zugleich zur Verschleißminderung und Erhöhung
der Wärmeübertragung sorgt. Diese Ausführung
zeichnet sich durch besondere Kompaktheit aus.
-
Die
erfindungsgemäße Kontaktrollenvorrichtung lässt
sich vorteilhaft in eine Anlage zur unter Stromzufuhr erfolgenden
Behandlung einbauen. Um einen Spannungsabfall im Metallstrang zu
vermeiden, müssen die Kontaktrollen auf jeden Fall möglichst
nah an die Behandlungs-Partie der Anlage angeordnet sein.
-
Die
Anlage mit der erfindungsgemäßen Kontaktrollenvorrichtung
weist zusätzliche Vorteile auf, falls die unter Stromzufuhr
erfolgende Behandlung im Vakuum durchgeführt wird. Die
erfindungsgemäße Kontaktrollenvorrichtung ist
dabei in die Vakuum-Kammer der Anlage eingebaut. Bei einer Plasma-Reinigungsanlage
beispielsweise ist die Kontaktrollenvorrichtung unmittelbar nach
dem Plasma-Modul angeordnet und dementsprechend befindet sich vor
der Austritts-Schleuse der Vakuum-Kammer. Durch den Richtprozess
und den Kontakt mit dem gekühlten Rollensystem wird für
die nachgeschaltete Schleuse eine Bedingung für einen verschleißarmen und
sicheren Betrieb realisiert, was zur Steigerung der Produktivität
und Kürzung der Stillstandzeiten führt. Außerdem
sorgt die geregelte Kühlung des Metallstrangs für
Qualitätssteigerung.
-
- 1
- Metallstrang
- 2
- Kontaktrolle
- 2a,
2b
- Kontaktrollen
der oberen Gruppe
- 2c,
2d, 2e
- Kontaktrollen
der unteren Gruppe
- 3
- Achswelle
- 4
- Kontaktscheibe
- 4c,
4e
- Kontakscheiben
der unteren Kontaktrollengruppe
- 5
- Kontaktklotz
- 6
- Feder
- 7
- Träger
- 8
- Wärmetauscher
- 9
- Rille
- 10
- Kontaktbeschichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - RU 2181636
C2 [0004]
- - DE 2213508 A [0005]