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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Drehlagerung für
in Metallschmelzen rotierende Führungsrollen.
Derartige Drehlagerungen werden in Beschichtungsvorrichtungen zum
Beschichten eines Metallbandes in einer Schmelze eines Beschichtungsmetalles
verwendet.
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Beschichtungsvorrichtungen werden
zum Beschichten von Metallbändern
mit einer korrosionsbeständigen
Schicht aus Zink, Zinn, Blei, Aluminium, Galvalum oder Galvan eingesetzt.
Das Metallband wird dazu durch eine mehrere hundert Grad Celsius heiße Metallschmelze
des betreffenden Beschichtungsmetalles hindurchgezogen. Zur Stabilisierung und
zur Umlenkung sind in der Metallschmelze als Führungsrollen rotierende Wellen
angeordnet. Die Lagerung der rotierenden Welle in der Metallschmelze
erfolgt in Gleitlagern, die als Verschleißlager ausgelegt sind. Herkömmliche
Gleitlager weisen ein Lagergehäuse
auf, in dem ein als Lagerschale ausgebildeter Keramikkörper befestigt
ist. Aus
EP-A-0 346 855 ist
ein Gleitlager bekannt, in dem zur Reduzierung der Materialkosten
für das
teure Keramikmaterial einzelne kleine Keramikkörper in der Lagerschale befestigt
sind. Trotz des Einsatzes von verschleißarmen Keramikkörpern sind
die Gleitlager in der Metallschmelze einem hohen Verschleiß und Materialabtrag
ausgesetzt. Der bzw. die Keramikkörper in dem Gleitlager müssen daher
häufig
ausgetauscht werden. Die Entfernung verschlissener Keramikkörper und
die Montage neuer Keramikkörper
in dem Lagergehäuse
ist wegen der erforderlichen Festigkeit und Belastbarkeit der Keramikkörper-Befestigung
umständlich
und zeitaufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
dass Auswechseln der Gleitlager-Keramikkörper zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehlagerung weist
das Gleitlager ein feststehendes Gehäuse und eine entfernbare Trägerschale
darin auf, wobei die Trägerschale
eine Ausnehmung aufweist, in der der Keramikkörper befestigt ist. Die Trägerschale,
dient als leicht austauschbarer Adapter für den oder die Keramikkörper. Das
Material, die Form und die Befestigungsmittel der Trägerschale
können
zur Erlangung einfacher Austauschbarkeit zur Befestigung der Trägerschale
in dem Gleitlagergehäuse
frei gestaltet und optimiert werden. Der Keramikkörper seinerseits kann
in Bezug auf sein Material, seine Form und seine Größe ausschließlich auf
seine Funktion als Wellenlager optimal gestaltet werden.
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Durch den Einsatz einer austauschbaren Trägerschale
wird der Austausch des bzw. der verschlissenen Keramikkörper stark
vereinfacht und beschleunigt. Hierdurch werden die Stillstands zeiten der
Beschichtungsvorrichtung erheblich verkürzt und die Betriebskosten
gesenkt. Bei Wiederverwendbarkeit der Trägerschale können die verschlissenen Keramikkörper außerhalb
der Beschichtungsvorrichtung entfernt werden und neue Keramikkörper an
der Trägerschale
befestigt werden. Durch das zeitaufwendige Austauschen der Keramikkörper an
der Trägerschale
wird die Stillstandszeit der Beschichtungsvorrichtung jedoch nicht
mehr beeinflusst.
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Durch Vorsehen einer austauschbaren
Trägerschale
zur Aufnahme der Keramikkörper
werden die unvermeidlichen Stillstandszeiten der Beschichtungsvorrichtungen
zum Austauschen verschlissener Gleitlager-Keramikkörper auf
ein unvermeidliches Mindestmaß reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
ist eine der Trägerschale
gegenüberstehende
Klemmschale zum Festklemmen der Trägerschale in dem Gehäuse vorgesehen.
Sowohl die Trägerschale
als auch die Klemmschale sind ungefähr als Halbschalen ausgebildet,
die in dem ringförmig
geschlossenen Gehäuse
eingesetzt sind. Durch die Klemmschale wird die Trägerschale
in dem Gehäuse
gegen Verrutschen in Umfangsrichtung gesichert und fixiert. Bei aus
dem Gehäuse
entnommener Klemmschale kann die Trägerschale von der Gehäuseinnenwand
radial abgehoben und schließlich
axial aus dem Gehäuse entnommen
werden. Die Klemmschale bildet ein einfaches Arretierungsmittel
zum Fixieren der Trägerschale
in dem Gehäuse
und erleichtert dadurch ein einfaches und schnelles Auswechseln
der Trägerschale
mit dem Keramikkörper.
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Vorzugsweise. haben die Ausnehmung
und der Keramikkörper
eine zueinander komplementäre Form,
wobei der Keramikkörper
mit Presssitz in der Ausnehmung sitzt. Der Keramikkörper ragt
nach radial innen aus der Trägerschale
heraus, so dass die Welle nur den bzw. die Keramikkörper berührt, nicht jedoch
die Trägerschale.
Die Ausnehmung und der Keramikkörper
können
derart bemessen sein, dass bei Raumtemperatur ein geringes Spiel
zwischen Keramikkörper
und Ausnehmung vorhanden ist, so dass der Keramikkörper bei
Raumtemperatur aus der Ausnehmung entnommen werden kann. Durch die verschiedenen
Ausdehnungskoeffizienten des Trägerschalenmateriales
Metall und des Keramikkörpers
und die entsprechende Form der Ausnehmung verkleinert sich die Ausnehmung
bei zunehmender Temperatur, so dass der Keramikkörper bei Betriebstemperatur,
d.h. bei mehreren 100°C,
spaltlos und mit Presssitz in der Ausnehmung festsitzt. Hierdurch wird
sichergestellt, dass der Keramikkörper während des Betriebes absolut
spielfrei in der Trägerschale sitzt,
andererseits jedoch bei Raumtemperatur leicht aus der Ausnehmung
entnommen werden kann. Durch den Presssitz wird ferner vermieden,
dass geschmolzenes Metall der Metallschmelze in die Ausnehmung eindringen
bzw. in einen Spalt zwischen der Ausnehmung und dem Keramikkörper gelangen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist
die Trägerschale
zwei Ausnehmungen auf, in denen zwei separate Keramikkörper sitzen,
deren Lagerflächen
in einem Winkel von 100° bis
130° zueinander
stehen. Anstelle eines einzigen großen Keramikkörpers sind
zwei kleine Keramikkörper
mit jeweils einer Lagerfläche
vorgesehen. Hierdurch wird die erforderliche Gesamtmenge an für das Lager
benötigte
Keramikmaterial erheblich reduziert. Durch die Lagerung der Welle
an zwei Punkten wird die Welle präzise in einer definierten Position
gehalten. Es können
auch mehr als zwei separate Keramikkörper in der Trägerschale
angeordnet sein.
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Vorzugsweise weist die Trägerschale
im Bereich der Ausnehmung bzw. der Ausnehmungen axiale Zugangsöffnungen
auf, durch die die Keramikkörper
in die Trägerschalenausnehmung
eingesetzt bzw. aus dieser entnommen werden können. Die axialen Zugangsöffnungen
können
mit einfachen Verschlussmitteln verschließbar ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind
die Ausnehmungen und die Keramikkörper jeweils trapezförmig ausgebildet,
so dass der Keramikkörper
aus der Trägerschalen-Ausnehmung
in radialer Richtung nicht herausfallen kann. Grundsätzlich können die
Ausnehmungen und Keramikkörper
auch eine andere Form haben, jedoch weist der Keramikkörper stets
Hinterschneidungen auf, die ein Herausfallen aus der Ausnehmung
in radialer Richtung nicht gestatten.
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Vorzugsweise sind die Lagerflächen der
Keramikkörper
in axialer Richtung ballig ausgebildet. Hierdurch wird eine punktartige,
keine linienförmige Auflage
der Welle auf dem Keramikkörper
sichergestellt.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
Beschichtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Drehlagerung in einer Metallschmelze
in Seitenansicht,
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2 die
Beschichtungsvorrichtung der 1 in
Vorderansicht,
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3 einen
Längsschnitt
des Gleitlagers der Beschichtungsvorrichtung der 1, und
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4 einen
Querschnitt des Gleitlagers der Beschichtungsvorrichtung der 1.
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In 1 ist
in Seitenansicht eine Beschichtungsvorrichtung 10 zum Beschichten
eines Metallbandes 12 in einer Metallschmelze 14 vereinfacht dargestellt.
Das Metallband 12 wird durch die Metallschmelze 14 geleitet,
um die Oberfläche
des Metallbandes 12 mit einer dünnen Metallbeschichtung zu versehen.
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Das Metallband 12 wird unter
einem Winkel von 30° bis
45° zur
Horizontalen in die Metallschmelze 14 eingeführt und
in der Schmelze 14 durch eine als drehbare Umlenkwelle 16 ausgebildete
Führungsrolle
nach senkrecht oben aus der Metallschmelze 14 wieder herausgeführt. Der
Umschlingungswinkel des Metallbandes 12,12' um die Umlenkwelle 16 beträgt ungefähr 130°. Die Zugkraft
des Metallbandes 12, 12' beträgt zwischen 1,0 bis 8,5 t.
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Die Metallschmelze 14 besteht
aus flüssigem
Zink, Zinn, Blei, Aluminium, Galvalum, Galvan oder aus einem anderen
zur Metallbeschichtung geeigneten Metall. Je nach Wahl des Schmelzenmetalles
hat die Metallschmelze 14 eine Temperatur von 400° bis 1000°C.
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Zur Stabilisierung des aus der Metallschmelze 14 herauslaufenden
Metallbandes 12' ist
eine als Stabilisierungswelle 18 ausgebildete Führungsrolle vorgesehen,
die an dem senkrecht aus der Metallschmelze 14 herauslaufenden
Metallband 12 anliegt. Die Stabilisierungswelle 18 ist
an einem schwenkbaren Führungsarm 20 aufgehängt, der
in horizontaler Richtung auf das Metallband 12' vorgespannt
und durch ein entsprechendes Dämpfungselement
in seiner horizontalen Bewegung gedämpft ist. Sowohl die größere und
schwerere Umlenkwelle 16 als auch die Stabilisierungswelle 18 sind
in Betrieb ständig
in die Metallschmelze 14 eingetaucht.
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Zu beiden Seiten des aus der Metallschmelze 14 heraustretenden
senkrecht verlaufenden Metallbandes 12' sind Gasdüsen 22, 24 angeordnet, durch
die ein Gasstrom auf beide Seiten des beschichteten Metallbandes 12' aufgebracht
wird. Durch den Gasstrom wird die flüssige Metallbeschichtung auf
dem Metallband 12' auf
eine bestimmte gleichbleibende Schichtdicke reduziert.
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Die Umlenkwelle 16 wird
durch zwei Schwenkarme 171 , 172 in der Metallschmelze 14 gehalten.
Die Umlenkwelle 16 ist zu Wartungs- und Reparaturzwecken aus der Metallschmelze 14 heraushebbar.
Auch der Führungsarm 20 mit
der Stabilisierungswelle 18 ist zu diesem Zweck aus der
Metallschmelze 14 heraushebbar.
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An beiden eingetauchten Enden der Schwenkarme 171 , 172 ist
jeweils ein Gleitlager 261 , 262 vorgesehen, in denen die Umlenkwelle 16 drehbar
gelagert ist und die eine Drehlagerung für Führungsrollen bildet. Die beiden
Gleitlager 261 , 262 sind Verschleißlager,
die einem planmäßigen Verschleiß unterliegen
und daher in regelmäßigen Abständen zum
Austausch der Verschleißteile
gewartet werden müssen.
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Der Aufbau der beiden Gleitlager 261 , 262 ist im
Detail in den 3 und 4 dargestellt. Das Gleitlager 261 weist außenseitig ein im Wesentlichen
zylindrisches und becherförmiges
Gehäuse 30 auf,
das fest mit dem betreffenden Schwenkarm 171 verbunden
ist. In das Gehäuse 30 ist
eine ungefähr
halbschalenförmige
Trägerschale 32 eingesetzt,
die zwei Keramikkörper 34 hält. In dem
Gehäuse 30 ist
ferner als Gegenstück
zu der Trägerschale 32 eine
ungefähr
halbschalenförmige
Klemmschale 36 angeordnet. Die Klemmschale 36 und
die Trägerschale 32 bestehen
aus Stahl und sind beide in axialer Richtung aus dem Gehäuse 30 entnehmbar.
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Das Gehäuse 30 besteht ebenfalls
aus Stahl. Die Keramikkörper 34 bestehen
aus Zirkon-Oxyd, Silizium-Nitrid oder Silizium-Karbid oder einem anderen geeigneten
Keramikwerkstoff. Die Trägerschale 32 stellt
einen Adapter für
die Keramikkörper 34 dar.
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Die Trägerschale 32 weist
zwei im Querschnitt schwalbenschwanzförmig hinterschnittene Ausnehmungen 38 auf,
in denen die ebenfalls schwalbenschwanzförmigen bzw. trapezförmigen Keramikkörper 34 sitzen.
Die radiale Höhe
der Keramikkörper 34 ist
größer als
die radiale Tiefe der Ausnehmungen 38, so dass die Keramikkörper 34 mit
ihren in Längsrichtung
ballig ausgebildeten Lagerflächen 40 aus
der Trägerschale 32 herausragen.
Die beiden Keramikkörper 34 sind
in der Trägerschale 32 derart
angeordnet, dass ihre beiden Lagerflächen 40 zueinander
einen Winkel von ungefähr
116° bilden. Die
beiden Lagerflächen 40 sind
im Längsschnitt leicht
konvex, also ballig zur Lagermitte. hin gewölbt, wie in 3 erkennbar und sie sind im Querschnitt gerade
ausgebildet, wie in 4 erkennbar
ist. Der Wellenzapfen 28 und die Lagerflächen 40 berühren sich
bei einer neuen Trägerschale 32 mit
unverschlissenen Keramikkörpern
praktisch nur auf einer kleinen punktförmigen Berührungsfläche.
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Die Größe und Form der Ausnehmungen 38 und
der Keramikkörper 34 ist
derart gewählt,
dass bei Raumtemperatur ein schmaler Spalt zwischen dem Keramikkörper 34 und
den Wänden
der Ausnehmung 38 verbleibt. Dadurch kann bei Raumtemperatur
der Keramikkörper 34 in
axialer Richtung aus der Ausnehmung 38 herausgezogen bzw.
in diese eingeschoben werden. Bei Betriebstemperatur, d.h. bei mehreren
100°C verändert sich
die Form und Größe der Ausnehmung 38 und
des Keramikkörpers 34 derart,
dass der Keramikkörper 34 spaltfrei
und mit Presssitz fest und unlösbar
in der Ausnehmung 38 sitzt. Spannvorrichtungen und Spannelemente
zum Festspannen des Keramikkörpers 34 in
der Ausnehmung 38 sind entbehrlich und nicht vorhanden.
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Die Keramikkörper 34 können aus
Zirkon-Oxyd, aus Silizium-Nitrid
oder Silizium-Carbid, oder aus einem anderen geeigneten Keramikmaterial bestehen.
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Im Bereich des geschlossenen Bodens
des Lagergehäuses 30 ist
eine axiale Anschlagplatte 42 aus Keramik befestigt.
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Die Trägerschale 32 weist
im Bereich der beiden Ausnehmungen 38 an einer axialen
Seite axiale Zugangsöffnungen 44 auf,
durch die der Keramikkörper 34 aus
der Ausnehmung 38 der Trägerschale 32 in axialer
Richtung herausgezogen bzw. eingeschoben werden kann.
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Die die Zugangsöffnungen 44 aufweisende offene
Seite des Gehäuses 30 wird
mit einer Stahl-Ringscheibe 46 verschlossen, durch die
die Trägerschale 32 und
die Klemmschale 36 daran gehindert werden, axial aus dem
Gehäuse 30 herauszufallen.
Die Ringscheibe 46 ist mit dem Gehäuse 30 verschweißt, verlötet oder
auf andere Weise verbunden.
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Zum Austausch verschlissener Keramikkörper 34 oder
zum Einwechseln einer anderen Trägerschale
mit einer anderen Anordnung von Keramikkörpern schwenken die Schwenkarme 171 , 172 die Gleitlager 261 , 262 mit
der Umlenkwelle 16 aus der Metallschmelze 14 heraus.
Die Wellenzapfen 28 der Umlenkwelle 16 werden
aus den Gleitlagern 261 , 262 herausgezogen. Nach dem Abkühlen der
Gleitlager 261 , 262 werden
die Ringscheiben 46 von dem Gehäuse 30 entfernt. Anschließend wird
die Klemmschale 36 axial aus dem Gehäuse 30 herausgezogen.
Bei entnommener Klemmschale 36 ist auch die Trägerschale 32 aus
dem Gehäuse 30 lösbar und axial
heraus ziehbar. Anschließend
wird eine neue Trägerschale 32 mit
neuen Keramikkörpern 34 eingesetzt
und durch Einsetzen der Klemmschale 36 fixiert. Schließlich wird
die Ringscheibe 46 wieder an dem Gehäuse 30 befestigt.
Nach Einsetzen der Wellenzapfen 28 der Umlenkwelle 16 ist
die Beschichtungsvorrichtung 10 wieder betriebsbereit und
kann die Umlenkwelle 16 nach Umlegen des Metallbandes 12, 12' wieder in die
Metallschmelze 14 abgesenkt werden.
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Wie sich insbesondere aus 1 ergibt, wirkt die sich
aus den beiden unter Spannung stehenden Schenkeln des Metallbandes 12' ergebende Kraft-Resultierende
R der beiden Gleitlager 261 , 262 ungefähr in Richtung der Winkelhalbierenden
der beiden Schenkel des Metallbandes 12, 12'. Die beiden
Lagerflächen 40 der
beiden Keramikkörper 34 sind
ungefähr
symmetrisch und gleichwinklig zu beiden Seiten der Radialkraft-Resultierenden
R angeordnet, d.h., die Radialkraft-Resultierende R liegt ungefähr mittig
zwischen den beiden Lagerflächen 40.
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Auch die Stabilisierungswelle 18 ist
mit ihren Wellenzapfen in Gleitlagern gelagert, die denen der Umlenkwelle 16 entsprechen.
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Durch die Verwendung eines schnell
auswechselbaren Adapters zum Halten des oder der Keramikkörper wird
der Austausch verschlissener Keramikkörper vereinfacht und die Standzeiten
der Beschichtungsvorrichtung 10 entsprechend verkürzt.