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Die Erfindung betrifft eine Schwenkwelle für eine Vakuumkammer, mit einem auf der Welle aufgenommenen Teil, das mittels der Welle verschwenkbar ist, mit einem ersten Lager im Bereich eines ersten Endes der Welle, und mit einem zweiten Lager und einem dritten Lager im Bereich eines zweiten Endes der Welle, und mit einem Kühlkopf zur Zuführung von Kühlmittel in die Welle.
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Eine derartige Schwenkwelle ist durch Benutzung bekannt geworden.
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In Folienbeschichtungsanlagen wird eine Folie in einer Vakuumkammer auf einer Walze über einem Metallbad vorbeigeführt, aus dem Metalldämpfe aufsteigen, die sich auf der Folienoberfläche abscheiden.
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Dabei wird die Walze am Rand durch ein wassergekühltes Beschichtungsfenster, der sog. Walzenrandabdeckung, vor unnötiger Beschichtung geschützt. Da sich die Walzenrandabdeckung in direktem Beschichtungsbereich der Beschichtungsquelle befindet, ist eine zyklische Reinigung, etwa drei- bis viermal pro Tag nötig.
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Zur Reinigung muss die Walzenrandabdeckung in eine zugängliche Position geschwenkt werden. Hierzu ist die Walzenrandabdeckung an einer Schwenkwelle aufgenommen, die drehbar gelagert ist und die ein Verschwenken der Walzenrandabdeckung ermöglicht. Infolge des erheblichen Gewichtes der Walzenrandabdeckung in der Größenordnung von etwa 800 kg, ist die Lagerung nicht einfach. Der Schwenkantrieb, sowie der Kühlwasseranschluss für die Kühlung des Beschichtungsfensters bzw. der Schwenkwelle, sind einseitig an einem Ende der Schwenkwelle befestigt.
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Im Stand der Technik ist die Schwenkwelle mittels dreier Lager gelagert, mittels eines ersten Lagers am ersten Ende der Schwenkwelle, mittels eines zweiten Lagers im Bereich des zweiten Endes der Schwenkwelle und mittels eines dritten Lagers im Bereich des zweiten Endes der Schwenkwelle. Zwischen dem zweiten und dem dritten Lager ist der Kühlkopf auf der Schwenkwelle drehbar angeordnet, über den Kühlmittel in axiale Kühlkanäle der Schwenkwelle zugeführt bzw. abgeführt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass bei der Schwenkwelle gemäß dem Stand der Technik im Betrieb ein hoher Verschleiß an den Dichtungen ergibt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkwelle für eine Vakuumkammer gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine zuverlässige und dauerhafte Lagerung erreicht wird, selbst wenn die Schwenkwelle mit einem sehr hohen Gewicht belastet wird. Insbesondere soll der Dichtungsverschleiß reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schwenkwelle für eine Vakuumkammer, mit einem auf der Welle aufgenommenen Teil, das mittels der Welle verschwenkbar ist, mit einem ersten Lager im Bereich eines ersten Endes der Welle, und mit einem zweiten Lager und einem dritten Lager im Bereich eines zweiten Endes der Welle, und mit einem Kühlkopf zur Zuführung von Kühlmittel in die Welle dadurch gelöst, dass der Kühlkopf nach dem zweiten und dritten Lager auf der dem ersten Ende abgewandten Seite der Welle angeordnet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Die Erfinder haben erkannt, dass bei Belastung der Welle mit einem daran verschwenkbar angeordneten Teil mit hoher Masse eine Durchbiegung der Welle ergibt, was insbesondere in Folge einer einseitigen Befestigung des Antriebs zur Verschwenkung der Welle und des Kühlkopfes zur Versorgung mit Kühlmittel zu einem Biegemoment der Welle und damit zu einer Biegebeanspruchung der in diesem Bereich angeordneten Lager und Dichtungen führt. Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch umgangen, dass der Kühlkopf nach den zweiten und dritten Lager auf der dem ersten Ende abgewandten Seite der Welle angeordnet wird.
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Dadurch wird die Biegebeanspruchung der Welle im Bereich der Lagerung reduziert und insbesondere wird eine deutliche Reduzierung der Biegebeanspruchung im Bereich der Dichtungen erreicht, wodurch der Dichtungsverschleiß signifikant reduziert werden kann. Außerdem wird durch die Reduzierung der Biegebeanspruchung der Lager auch die Lebensdauer der Lager vergrößert. Der Kühlkopf kann sich wegen der Anordnung außerhalb der Lagerung frei drehen, was zu einem stark verringerten Verschleiß führt.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind das zweite und dritte Lager nebeneinander angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Lager von einer Vakuumdichtung gefolgt.
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Auf diese Weise können das zweite und dritte Lager in einem gemeinsamen Lagergehäuse vakuumseitig untergebracht und gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind das erste und zweite Lager als Loslager und das dritte Lager als Festlager ausgebildet.
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Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, das erste und zweite Lager als Nadellager und das dritte Lager als Kugellager auszubilden.
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Durch diese Maßnahme wird die Welle in der Nähe der Kühlkopfes sicher fixiert und der Kühlkopf kann in unmittelbarer Nachbarschaft des Festlagers bzw. Kugellagers angeordnet sein, wobei sich die Welle gegenüber dem Kühlkopf frei drehen kann. Dies hat einen stark verringerten Verschleiß zur Folge.
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Vorzugsweise ist hierbei der Kühlkopf ortsfest angeordnet und die Welle gegenüber dem Kühlkopf verschwenkbar.
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Dies ist insbesondere bei Verwendung der Welle als Schwenkwelle für eine Walzenrandabdeckung in einer Bandbeschichtungsanlage vorteilhaft. Hierbei muss die auf der Welle gehaltene Walzenrandabdeckung zur Reinigung aus der Gebrauchsposition etwa um 100° bis 120° nach unten verschwenkt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkopf zur Zuführung von Kühlmittel in die Welle und zur Abführung von Kühlmittel aus der Welle in zwei voneinander getrennten Kühlkreisläufen ausgebildet.
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Hierdurch kann eine verbesserte Kühlung der Welle bzw. eines auf der Welle angeordneten Teils, insbesondere einer Walzenrandabdeckung, ermöglicht werden.
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Der Kühlkopf weist vorzugsweise ringförmige Verteilerkammern auf, die mit axialen Kühlkanälen in der Welle kommunizieren.
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Auf diese Weise kann eine einfache Kopplung eines stationär angeordneten Kühlkopfes mit fest angeschlossenen Kühlmittelleitungen mit den axialen Kühlkanälen in der Welle gewährleistet werden.
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Die Vakuumabdichtung zur Abdichtung der Lager umfasst vorzugsweise einen O-Ring in einer Ringnut der Welle, der von einem auf der Wellenoberfläche angeordneten Gleitring umschlossen ist, auf dem ein Lippendichtring angeordnet ist.
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Durch diese Maßnahme wird eine dauerhaft wirksame zuverlässige und verschleißarme Vakuumdichtung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkopf an seinen beiden axialen Enden mittels einer Kühlmitteldichtung abgedichtet.
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Die Kühlmitteldichtung umfasst vorzugsweise einen O-Ring in einer Ringnut der Welle, der von einem auf der Wellenoberfläche angeordneten Gleitring umschlossen ist, auf dem mindestens ein PTFE-Dichtring angeordnet ist.
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Hierdurch ist eine dauerhafte und verschleißarme Abdichtung des Kühlkopfes gegenüber der Wellenoberfläche gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkopf von einem Druckluftkopf gefolgt, der zur Zuführung von Druckluft in mindestens einen axialen Druckluftkanal der Welle ausgebildet ist.
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Durch diese Maßnahme kann eine für Walzenrandabdeckungen notwendige Druckluftzufuhr auf einfache Weise gewährleistet werden.
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Der Druckluftkopf ist vorzugsweise an seinen beiden axialen Enden mittels einer Druckluftdichtung abgedichtet, die jeweils einen O-Ring in einer Ringnut der Welle umfasst, der von einem auf der Wellenoberfläche angeordneten Gleitring umschlossen ist, auf dem mindestens ein PTFE-Dichtring angeordnet ist.
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Auf diese Weise wird eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung des Druckluftkopfes gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das zweite und dritte Lager in einem Lagergehäuse aufgenommen, an dem ein Flansch angeordnet ist, der zur Verschraubung mit einer Vakuumkammer ausgebildet ist, und der gegenüber der Atmosphäre mittels einer Vakuumdichtung abgedichtet ist.
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Auf diese Weise können das zweite und dritte Lager auf konstruktiv einfache Weise in einem Gehäuse eingebaut werden und mittels des Flansches vakuumdicht in einer Durchführung der Vakuumkammer befestigt werden, wobei die Abdichtung wellenseitig mittels der Vakuumdichtung gewährleistet wird.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Welle vorzugsweise zur Aufnahme eines Teils mit einer Masse von mehr als 100 kg, vorzugsweise mit einer Masse von mehr als 500 kg, besonders bevorzugt mit einer Masse von mehr als 700 kg, ausgebildet, und somit insbesondere zur Aufnahme einer Walzenrandabdeckung bei einer Folienbeschichtungsanlage geeignet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle im Bereich ihres zweiten Endes Mittel zur Kopplung mit einem Drehantrieb, insbesondere eine Keilverbindung oder eine Passfederverbindung, auf.
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Auf diese Weise kann eine einfache und zuverlässige Kopplung der Welle mit einem Drehantrieb erreicht werden.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, wird durch die Erfindung ferner eine Folienbeschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer bereitgestellt, innerhalb derer eine Walzenrandabdeckung auf einer Welle der vorstehend beschriebenen Art aufgenommen und mittels der Welle verschwenkbar ist.
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Wie weiter bereits erwähnt, sind hierbei das erste, zweite und dritte Lager vorzugsweise vakuumseitig angeordnet und gegenüber der Umgebungsluft abgedichtet.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine stark vereinfachte Prinzipskizze einer Folienbeschichtungsanlage mit einer Beschichtungswalze über die eine zu beschichtende Folie geführt ist, mit einer zugeordneten Walzenrandabdeckung;
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2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Walzenrandabdeckung, die an einer erfindungsgemäßen Schwenkwelle aufgenommen ist;
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3 eine Prinzipskizze, die eine Lagerung einer Schwenkwelle nach dem Stand der Technik zeigt, bei der der Kühlkopf an einem Ende der Welle zwischen dem zweiten und dem dritten Lager angeordnet ist;
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4 eine erfindungsgemäße Schwenkwelle, bei der das zweite und dritte Lager nebeneinander angeordnet sind, gefolgt vom Kühlkopf im Bereich eines Wellenendes;
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5 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schwenkwelle im Bereich ihres zweiten Endes mit einem Lagergehäuse zur Aufnahme des zweiten und dritten Lagers, gefolgt von einem Kühlkopf und einem Druckluftkopf;
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6 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Schwenkwelle im Bereich ihres zweiten Endes und
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7 eine perspektivische, teilweise längs geschnittene Teilansicht durch die Schwenkwelle im Bereich ihres zweiten Endes, auf der das Lagergehäuse mit dem zweiten und dritten Lager sowie ein Teil des Kühlkopfes mit angeschlossenen Kühlleitungen erkennbar ist.
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In 1 ist eine Folienbeschichtungsanlage stark vereinfacht dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Folienbeschichtungsanlage dient zur Beschichtung von Folien mit einem Metall, z. B. zur Beschichtung von Verpackungsfolien mit Aluminium.
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Bei der Folienbeschichtungsanlage 10 gemäß 1 wird eine auf einer Rolle 12 aufgewickelte Folie 18 abgewickelt, in einer Vakuumkammer über eine Walze 16 geführt und dort im Hochvakuum mit Metall beschichtet, wozu ein Metallbad 20 vorgesehen ist. Nach der Beschichtung wird die Folie 18 über eine geeignete Bandführung zu einer weiteren Rolle 14 geleitet, auf der sie wieder aufgewickelt wird.
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Um eine unnötige Beschichtung der Walze 16 zu vermeiden, wird die Walze 16 am Rand durch ein wassergekühltes Beschichtungsfenster, die sog. Walzenrandabdeckung 22, geschützt.
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Eine derartige Walzenrandabdeckung 22 ist in 2 dargestellt. In der Walzenrandabdeckung 22 ist eine Öffnung 24, ein Beschichtungsfenster, vorgesehen, durch die die Metalldämpfe auf die Folie 18 gelangen. Da der überstehende Teil der Walzenrandabdeckung 22 in direkten Beschichtungsbereich ständig mit Metall beschichtet wird, wobei sich die Schichtstärke im Laufe der Zeit ständig vergrößert, ist es erforderlich, die Walzenrandabdeckung 22 drei- bis viermal pro Tag zu reinigen.
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Zur Reinigung wird die Öffnung 24, die normalerweise horizontal angeordnet ist, in eine zugängliche Position geschwenkt. Hierzu erfolgt eine Verschwenkung der Walzenrandabdeckung 22 nach unten um einen Winkel von etwa 100°. Da die Walzenrandabdeckung 22 eine erhebliche Masse aufweist, in der Größenordnung von etwa 800 kg, muss die Walzenrandabdeckung 22 in geeigneter Weise verschwenkbar gelagert sein. Hierzu ist eine Schwenkwelle 26 vorgesehen, die die Walzenrandabdeckung 22 durchsetzt und mittels derer eine Verschwenkung der Walzenrandabdeckung 22 ermöglicht wird.
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Die Walzenrandabdeckung 22 ist an der Schwenkwelle 26 (im Folgenden kurz als ”Welle” bezeichnet) befestigt, die im Bereich ihres ersten Endes 28 und im Bereich des zweiten Endes 30 gelagert ist. Über die Welle 26 erfolgt auch eine Kühlung der Walzenrandabdeckung 22, wozu sich entsprechende Kühlmittelleitungen in axialer Richtung durch die Welle 26 erstrecken, die an die Walzenrandabdeckung 22 angeschlossen sind.
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Die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels erfolgt im Stand der Technik gemäß 3 über einen Kühlkopf 40, der zwischen zwei Lagern 36 und 38 aufgenommen ist. Im Stand der Technik gemäß 3 ist in die Welle 26 an ihrem ersten Ende 28 mittels eines ersten Lagers 34 und im Bereich ihres zweiten Endes 30 mittels eines zweiten Lagers 36 gelagert. Der Kühlkopf 40 ist zwischen dem zweiten Lager 36 und dem dritten Lager 38 angeordnet. Die Lager 34, 36 und 38 sind in der Regel als Kugellager ausgeführt. Da die Beschichtung in einer Vakuumkammer 32 erfolgt, ist diese in 3 schematisch angedeutet. Die Welle 26 erstreckt sich über eine geeignete Durchführung in die Vakuumkammer 32, wobei das erste Lager 34 innerhalb der Vakuumkammer 32 angeordnet ist. Gemäß 3 kann das zweite Lager 36 außerhalb der Vakuumkammer 32 angeordnet sein, wozu eine entsprechende Vakuumdichtung an der Welle 26 vorgesehen sein muss.
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Infolge der großen Masse der Walzenrandabdeckung 22 ergibt sich ein Biegemoment zwischen dem zweiten Lager 36 und dem dritten Lager 38, was im Bereich der Abdichtungen der Lager 36, 38 und des zwischen den beiden Lagern 36, 38 angeordneten Kühlkopfes 40, der gleichfalls in entsprechender Weise gegenüber der Welle 26 abgedichtet ist, zu einem hohen Verschleiß der Dichtungen führt.
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Dies führt zu erheblichen Wartungs- und Stillstandskosten, wenn die betreffenden Dichtungen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem eine andere Lageranordnung an der Welle 26 gewählt wird, die im Folgenden anhand von 4 erläutert wird.
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Erfindungsgemäß sind das zweite Lager 36 und das dritte Lager 38 unmittelbar benachbart angeordnet und der Kühlkopf 40 im Anschluss an das dritte Lager 38 im Bereich des zweiten Endes 30 der Welle 26 vorgesehen.
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Ferner sind das erste Lager 34 und das zweite Lager 36 nicht mehr wie im Stand der Technik als Kugellager, sondern als Nadellager ausgeführt.
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Auf diese Weise kann sich der Kühlkopf 40 relativ zur Welle 26 frei drehen, was zu einem stark verringerten Verschleiß der Dichtungen führt.
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In 4 und in anderen nachfolgenden Figuren werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern wie bei 3 vorgesehen.
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Der Aufbau der Welle 26, der Lager und und des Kühlkopfes 40 im Bereich des zweiten Endes 30 der Welle 26, werden im Folgenden anhand der 5 bis 7 näher beschrieben.
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Aus 5 ist erkennbar, dass die gesamte Baueinheit im Bereich des zweiten Endes 30 der Welle 26 ein Lagergehäuse 56 umfasst, in dem das zweite und dritte Lager 36, 38 aufgenommen sind, und dass vom Kühlkopf 40 gefolgt ist. An den Kühlkopf 40 schließt sich ein Druckluftkopf 50 an, über den eine Druckluftzufuhr in die Welle 26 bewirkt wird.
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Am Lagergehäuse 56 ist ein Flansch 58 vorgesehen, der mit der Vakuumkammer 32 verschraubt werden kann, so dass sich eine Vakuumseite 64 auf der Innenseite und eine Atmosphärenseite 66 außerhalb des Flansches 58 ergibt. Eine zugeordnete Vakuumdichtung, durch die eine Abdichtung im Bereich der Welle 26 erfolgt, wird nachfolgend anhand der 6 und 7 beschrieben. An das Lagergehäuse 56 schließt sich der Kühlkopf 40 an, in dem radial insgesamt vier Kühlmittelleitungen 42, 44, 46, 48 einmünden, über die eine Kühlmittelzufuhr bzw. -abfuhr in zwei getrennten Kühlkreisläufen über die Welle 26 zur Walzenrandabdeckung 22 und zurück erfolgt. An den Kühlkopf 40 schließt sich ein Druckluftkopf 50 an, über den eine Druckluftzufuhr über seitlich einmündende Druckluftleitungen 52, 54 in zugeordnete axiale Druckluftkanäle der Welle 26 erfolgt.
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Das Lagergehäuse 56, der Kühlkopf 40 und der Druckluftkopf 50 sind miteinander über eine Drehmomentstütze verbunden, wie beispielhaft an den Bolzen 60, 62 in 5 angedeutet ist.
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Der Gesamtaufbau der Einheit im Bereich des zweiten Endes 30 der Welle 26 ist aus dem Längsschnitt gemäß 6 ersichtlich.
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Die Welle 26 erstreckt sich durch das Lagergehäuse 56, in dem das zweite und dritte Lager 36, 38 aufgenommen sind, durch den nachfolgenden Kühlkopf 40 und durch den nachfolgenden Druckluftkopf 50. Endseitig steht die Welle 26 nach außen aus dem Druckluftkopf 50 hervor und weist ein geeignetes Verbindungsmittel auf, um einen Drehantrieb (nicht dargestellt) zum Verschwenken der Welle 26 anzukoppeln. Hierzu ist etwa eine Passfederverbindung 104 vorgesehen.
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Im Lagergehäuse 56 ist auf der Vakuumseite 64 zunächst das Nadellager 36 angeordnet, das vom Kugellager 38 gefolgt ist. Hieran schließt sich eine insgesamt mit Ziffer 68 bezeichnete Vakuumdichtung an, durch die das Nadellager 36 (zweites Lager) und das Kugellager 38 (drittes Lager) gegen die Atmosphäre abgedichtet werden. Die Vakuumdichtung 68 umfasst einen O-Ring 70, der in einer Ringnut der Welle 26 gehalten ist. Über der Ringnut ist ein Gleitring 72 auf der Wellenoberfläche angeordnet, auf dem ein Lippendichtring 74 gehalten ist. Insgesamt ergibt sich so eine zuverlässige Vakuumdichtung 68.
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An das Lagergehäuse 56 schließt sich gemäß der 6 und 7 der Kühlkopf 40 an, in den die Kühlmittelleitungen 42, 44, 46, 48 seitlich einmünden (5) und die über geeignete Verteilerkammern 76 mit geeigneten axial verlaufenden Kühlmittelkanälen 97, 98 gekoppelt sind. In 7 sind nur zwei Kühlmittelkanäle 97, 98 erkennbar, wobei in der abgeschnittenen Hälfte der Welle 26 zwei weitere Kühlmittelkanäle vorgesehen sind. Zwischen den Kühlmittelkanälen 97, 98 auf der einen Seite und den gegenüberliegenden Kühlmittelkanälen auf der anderen Seite erstrecken sich axial verlaufende Druckluftkanäle 100, 102, die einen geringeren Durchmesser aufweisen. Über diese Druckluftkanäle 100, 102 wird Druckluft über die Welle 26 zur Walzenrandabdeckung 22 zugeführt. Die zugeordneten Druckluftleitungen 52, 54, die seitlich angeordnet sind, sind in 5 erkennbar.
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Ähnlich wie bei den Kühlmittelkanälen wird die Druckluft über geeignete ringförmige Verteilerkammern 103 in die axialen Druckluftkanäle 100, 102 zu- bzw. abgeführt.
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Der Kühlkopf 40 ist an beiden Enden jeweils über eine Kühlmitteldichtung 78 bzw. 86 gegenüber der Welle 26 abgedichtet. Jede Kühlmitteldichtung 78 bzw. 86 umfasst einen O-Ring 80, der in einer Ringnut der Welle 26 gehalten ist und der von einem Gleitring 82 umschlossen ist. Der betreffende Lagerdeckel des Kühlkopfes 40 ist zusätzlich durch einen PTFE-Dichtring gegenüber dem Gleitring 82 abgedichtet. Mit einer derartigen Abdichtung an beiden Enden wird eine zuverlässige Abdichtung des Kühlkopfes 40 gegenüber der Welle 26 gewährleistet.
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In ähnlicher Weise ist auch der Druckluftkopf 50 gegenüber der Welle 26 abgedichtet. Hierzu sind Druckluftdichtungen 88 und 96 an beiden Enden des Druckluftkopfes 50 vorgesehen. Jede Druckluftdichtung 88, 96 umfasst einen O-Ring 90, der in einer Ringnut der Welle 26 gehalten ist, gefolgt von einem Gleitring 92 und einem darauf angeordneten PTFE-Dichtring 94.
