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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines
Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang
vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden
Behälter
und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird,
wobei zum Zurückhalten
des Beschichtungsmetalls im Behälter
im Bereich des Führungskanals
ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens eines Induktors
erzeugt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen.
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Klassische
Schmelztauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven
Teil auf, nämlich
das Beschichtungsgefäß mit der
darin befindlichen Ausrüstung.
Die Oberflächen der
zu beschichtenden Metallbänder
müssen
vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung
mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde
werden die Bandoberflächen
vor der Beschichtung in Wärmeprozessen
in einer reduzierenden Atmosphäre
behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder abrasiv entfernt werden,
werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess
die Oberflächen
so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein
vorliegen.
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Mit
der Aktivierung der Bandoberfläche
steigt aber die Affinität
dieser Bandoberflächen
für den
umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor
dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen
kann, werden die Bänder
in einem Tauchrüssel
von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall
in flüssiger
Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen
zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse
jedoch eine Bandberührung
bis zur vollständigen
Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im
Beschichtungsgefäß in senkrechte
Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im
flüssigen Metall
läuft.
Durch das flüssige
Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist
Ursache von Stillständen
und damit Ausfällen
im Produktionsbetrieb.
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Durch
die gewünschten
geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich
bewegen können,
werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das
bedeutet, dass auch die Oberflächen
der bandführenden
Rollen von hoher Qualität
sein müssen. Störungen an
diesen Oberflächen
führen
im allgemeinen zu Schäden
an der Bandoberfläche.
Dies ist ein weiterer Grund für
häufige
Stillstände
der Anlage.
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Um
die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall
laufenden Rollen stehen, existieren Lösungen, die ein nach unten
offenes Beschichtungsgefäß einsetzen,
das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen
Banddurchführung
nach oben aufweist. Zur Abdichtung des Führungskanals nach unten wird
hier ein elektromagnetischer Verschluss eingesetzt. Bei diesem handelt
es sich um einen elektromagnetische Induktor, die mit zurückdrängenden,
pumpenden bzw. einschnürenden
elektromagnetischen Wechsel- bzw. Wanderfeldern arbeitet.
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Eine
solche Lösung
offenbart beispielsweise die
DE 43 44 939 C1 . Eine Schmelztauchbeschichtungsanlage
der gattungsgemäßen Art
ist auch aus der
EP
0 910 681 B1 bekannt. Der Führungskanal zum Durchtritt
des Metallstranges ist aus speziellem Keramikmaterial gefertigt.
Dies Material hat gegenüber
Metall, wie z. B. Stahl, den Vorteil, dass es elektrisch nicht leitend
ist und sich deshalb nicht durch das elektromagnetische Feld der
Induktoren erwärmt.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass dieses Material sehr widerstandsfähig gegen
flüssiges
Beschichtungsmetall (Zink, Aluminium, Legierungen hieraus, etc.)
und mechanischen Verschleiß ist.
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Als
nachteilig hat es sich jedoch herausgestellt, dass das Keramikmaterial
für den
genannten Anwendungszweck eine zu geringe Biege- und Zugfestigkeit
aufweist. Außerdem
ist die Fertigung und Bearbeitung des Führungskanals aufwendig und folglich
mit relativ hohen Kosten verbunden.
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Als
nachteilig ist weiterhin festgestellt worden, dass bei bekannten
Baukonzepten von Schmelztauchbeschichtungsanlagen praktisch keine effiziente
Möglichkeit
besteht, auf die Temperatur des Beschichtungsmetalls im Bereich
des Führungskanals
einzuwirken. Während üblicherweise
eine Temperaturregelung für
das Beschichtungsmetall, das sich im Behälter befindet, vorgenommen
wird, ergibt sich der Temperaturverlauf des Beschichtungsmetalls
im Bereich des Führungskanals
ohne nennenswerte Beeinflussungsmöglichkeit durch die thermodynamischen
Verhältnisse
im Führungskanal
und dessen Geometrie.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile
zu beseitigen. Insbesondere soll eine effiziente Beeinflussungsmöglichkeit
der Temperatur des Beschichtungsmetalls im Bereich des Führungskanals
möglich
und der Führungskanal
biege- und zugfest sowie widerstandsfähig gegen mechanischen Verschleiß sein; trotzdem
soll er jedoch keiner starken Beeinflussung durch die elektromagnetischen
Induktoren unterliegen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass die Temperatur des Beschichtungsmetalls im Bereich
des Führungskanals
durch Förderung
eines Gases, insbesondere von Luft, durch mindestens einen Hohlraum
im Inneren des Führungskanals
gesteuert oder geregelt wird.
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Das
Verfahren zeichnet sich weiterbildungsgemäß dadurch aus, dass die Temperatur
des Beschichtungsmetalls im Bereich des Führungskanals mittels mindestens
eines Thermoelements, also einem Element zur Messung der Temperatur,
erfasst wird. Derartige Messmittel zur Bestimmung der Temperatur
sind als solche im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
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Der
mindestens eine Hohlraum im Inneren des Führungskanals kann durch den
Metallstrang zumindest teilweise umgebende Platten sowie im Abstand
zu diesen angeordnete plattenförmige
Außenelemente
gebildet werden. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass zur Erzeugung
einer gewünschten
Gasführung
zwischen den Platten und den Außenelementen
Rippen angeordnet sind.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges wird der Metallstrang
vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und
durch einen vorgeschalteten Führungskanal
hindurch geführt,
wobei im Bereich des Führungskanals
mindestens ein das Beschichtungsmetall im Behälter zurückhaltender elektromagnetischer Induktor
angeordnet ist. Diese Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch
aus, dass der Führungskanal
durch Platten gebildet wird, die den Metallstrang zumindest teilweise
umgeben, sowie durch plattenförmige
Außenelemente,
die die Platten so umgeben, dass zwischen Platten und Außenelementen
mindestens ein Hohlraum gebildet wird.
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Dabei
können
zwischen den Platten und den Außenelementen
Rippen angeordnet sein, wobei sich insbesondere eine Schweißverbindung
bewährt hat.
Ferner können
die plattenförmigen
Außenelemente
und/oder die Rippen aus elektrisch nicht leitendem und/oder hitzebeständigem Material,
insbesondere aus Glimmer, bestehen; hierdurch ergeben sich – wie später noch
erläutert
werden wird – Vorteile beim
Betrieb des elektromagnetischen Induktors.
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Mit
Vorteil sind Fördermittel
vorgesehen, mit denen ein Gas, insbesondere Luft, durch den mindestens
einen Hohlraum gefördert
werden kann. Bei den Fördermitteln
handelt es sich bevorzugt um ein Luftgebläse.
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Vorteile
im Betrieb der Anlage ergeben sich, wenn die Platten aus Stahlblech
bestehen. Sie können
insbesondere aus nicht magnetischem Stahl, bevorzugt aus austenitischem
und/oder hitzebeständigem
Stahl, bestehen. Weiterhin ist es günstig, wenn das Stahlblech
eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist.
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Besonders
vorteilhaft, weil dann sehr langlebig, ist es, wenn das Stahlblech
zumindest an der dem Metallstrang zugewandten Seite beschichtet
ist. Die Beschichtung kann aus einem Metalloxid oder einem Karbid
bestehen; gleichermaßen
sind ähnliche Beschichtungsmaterialien
verwendbar.
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Am
unteren Ende des Führungskanals
kann sich eine Rollenkammer zur Führung des Metallstranges anschließen; diese
ist vorzugsweise beheizbar und ansonsten gasdicht mit dem Führungskanal
verbunden.
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Der
erfindungsgemäße Vorschlag
zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus:
Durch die
vorgeschlagene Vorgehensweise wird es möglich, effizient auf die Temperatur
des Beschichtungsmetalls im Bereich des Führungskanals Einfluss zu nehmen.
Durch entsprechende Regelung der Kühlluftzirkulation in den Hohlräumen im
Inneren des Führungskanals
kann nicht nur eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung im
Kanal erreicht werden, es ist auch möglich, ein ge wünschtes
Temperaturniveau sicherzustellen. Die Temperaturführung im
Führungskanal
kann daher also wesentlich verbessert werden.
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Der
Aufbau des Führungskanals
gemäß dem Erfindungsvorschlag
zeichnet sich des weiteren dadurch aus, dass der Kanal eine hohe
Festigkeit hat, d. h. er ist sowohl gegen Biege- als auch gegen
Zugkräfte
resistent.
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Durch
die Beschichtung der zum Einsatz kommenden inneren Platten des Führungskanals liegt
weiterhin eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen flüssige Beschichtungsmetall
vor, so dass der Führungskanal
eine hohe Standzeit aufweist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch eine Schmelztauchbeschichtungsanlage
mit einem durch sie hindurch geführten
Metallstrang im Schnitt in der Vorderansicht,
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2 die zu 1 zugehörige Seitenansicht,
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3 die Einzelheit Z gemäß 1,
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4 den Schnitt A-B gemäß 2,
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5 den Schnitt C-D gemäß 1 nach einer ersten Ausgestaltung
und
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6 den Schnitt C-D gemäß 1 nach einer alternativen
Ausgestaltung.
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In
den 1 und 2 ist eine Schmelztauchbeschichtungsanlage
zur Beschichtung eines Metallstranges 1, insbesondere eines
Stahlbands, zu sehen. Der zu beschichtende Metallstrang 1 tritt
vertikal von unten in den Führungskanal 4 der Beschichtungsanlage
ein. Der Führungskanal 4 bildet
das untere Ende eines Behälters 3,
der mit flüssigem
Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Der Metallstrang 1 wird
in Bewegungsrichtung R vertikal nach oben geführt. Damit das flüssige Beschichtungsmetall 2 nicht aus
dem Behälter 3 auslaufen
kann, ist im Bereich des Führungskanals 4 ein
elektromagnetischer Induktor 5 angeordnet, Dieser besteht
aus zwei Hälften,
von denen jeweils eine seitlich des Metallstranges 1 angeordnet
ist. Im elektromagnetischen Induktor 5 wird ein elektromagnetisches
Sperrfeld erzeugt, das das flüssige
Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückhält und so
am Auslaufen hindert.
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Der
Führungskanal 4 ist
an seinem oben liegenden Ende mit einem Flansch 14 versehen,
mit dem er an der Unterseite des Behälters 3 festgelegt werden
kann. Die Verbindung zwischen Führungskanal 4 und
Behälter 3 kann
sowohl als Schraubverbindung als auch als Schweißverbindung ausgeführt werden.
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Am
unteren Ende 12 des Führungskanals 4 schließt sich
gasdicht eine Rollenkammer 13 an. In dieser sind nur schematisch
eingezeichnete Rollen 15 drehbar gelagert, die den sich
nach oben in Förderrichtung
R bewegenden Metallstrang 1 führen. Die Rollenkammer 13 ist
beheizbar, um optimale Prozessbedingungen für den nachfolgend in das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 eintretenden Metallstrang 1 schaffen
zu können.
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Der
genaue Aufbau des Führungskanals 4 geht
aus den 3 bis 6 hervor.
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In 3 ist zunächst zu
erkennen, dass der Führungskanal 4 doppelwandig
ausgebildet ist. Dem Metallstrang 1 zugewandt sind Platten 8 aus
Stahlblech angeordnet, die von außen durch plattenförmige Außenelemente 9 umgeben
werden. Zwischen den Platten 8 und den plattenförmigen Außenelementen 9 sind
Rippen 10 angeordnet, die im vorliegenden Falle sowohl
mit den Platten 8 als auch mit den plattenförmigen Außenelementen 9 verschweißt sind.
Die Rippen 10 halten die Platten 8 und die Außenelemente 9 auf
einem gewünschten
Abstand und bilden zwischen diesen Hohlräume 6.
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Insbesondere
in den 5 und 6 ist zu erkennen, dass die
Rippen 10 so angeordnet und geometrisch so ausgebildet
sind, dass die einzelnen Hohlräume 6 kommunizierend
miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist vorgesehen, dass mittels
eines nur sehr schematisch angedeuteten Fördermittels 11 in
Form eines Gebläses
im Seitenbereich des Führungskanals 4 Luft
zugeführt
wird, so dass sich die durch die Pfeile in den 5 und 6 angedeutete Luftzirkulation
ergibt.
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Die
einzelnen Hohlräume 6 bilden
also Strömungskanäle; die
symmetrisch zur Mittenebene des Metallstrangs 1 ausgebildet
sind. Im Ausführungsbeispiel
erfolgt der Luftaustritt auf derselben Seite wie der Lufteintritt,
wobei die Luft im Bereich der Mitte des Führungskanals r um
180° umgelenkt
wird. Der Luftaustritt kann oberhalb und/oder unterhalb des Lufteintritts
erfolgen.
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Im
Bereich des Führungskanals 4 sind – benachbart
zum Metallstrang 1 – in
die Platten 8 Thermoelemente 7 (Temperaturmesselemente)
integriert. Über
diese kann die Temperatur T gemessen werden, die das Beschichtungsmetall 2 im
Bereich des Führungskanals 4 hat.
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Sowohl
die Thermoelemente 7 als auch das nur sehr schematisch
dargestellte Gebläse 11 stehen mit
einer – nicht
dargestellten – Regeleinrichtung
in Verbindung. Dabei wird die Temperatur T im Bereich des Führungskanals 4 gemessen
und mit einem Sollwert verglichen. In Abhängigkeit der sich ergebenden Differenz
zwischen Soll- und Istwert wird das Gebläse 11 so angesteuert,
dass entweder mehr oder weniger kühlende Luft durch die Hohlräume 6 gefördert wird.
Damit kann die Temperatur T im Beschichtungsmetall 2 im
Bereich des Führungskanals 4 auf
einem gewünschten
Niveau gehalten werden. Die Intensität der Luftbewe gung in den Hohlräumen 6 wirkt
also direkt auf die Temperatur T des Beschichtungsmetalls 2 im
Bereich des Führungskanals 4.
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Dadurch
ist eine sehr schnelle und unmittelbare Anpassung der Temperatur
T an veränderte Prozessbedingungen,
z. B. durch Änderung
der Abmessungen des Metallstranges 1 und dessen Fördergeschwindigkeit
durch die Beschichtungsvorrichtung oder durch Veränderung
der Beschichtungsart (Zink/Galvanneal), möglich. Dadurch ergeben sich Qualitätsverbesserungen
und eine Verbesserung der Ausbringleistung der Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung.
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Die
Intensität
der Luftzirkulation durch die Hohlräume 6 wird dabei so
gewählt,
dass eine Temperatur T im Inneren des Führungskanals 4 erzielt wird,
die möglichst
nahe an der Temperatur des schmelzflüssigen Beschichtungsmetalls 2 im
Behälter 3 liegt.
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Die
Regelung der Temperatur T im Bereich des Führungskanals 4 erfolgt
dabei zusätzlich
zu der üblichen
Regelung der Temperatur des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3.
Die beiden Regelkreise sind dabei vorzugsweise voneinander getrennt.
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Durch
die Regelung der Temperatur T im Führungskanal 4 kann
im Störfalle
des Bandstillstands außerdem
sichergestellt werden, dass das Beschichtungsmetall 2 im
Führungskanal 4 nicht
einfriert oder eine zu hohe Temperatur erreicht. Dadurch sind auch
längere
Stillstände
der Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung ohne ein Ablassen des Beschichtungsmetalls 2 aus
dem Behälter 3 möglich.
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Eine
besondere Bedeutung hat die Materialwahl für die einzelnen Komponenten
des Führungskanals 4:
Die
Platten 8 bestehen aus Stahlblech, wobei ein nicht magnetischer
(austenitischer) hitzebeständiger Stahl
geringer elektrischer Leitfähigkeit
zum Einsatz kommt. Dadurch wird das Induktionsfeld – hervorgerufen
durch die elektromagnetischen Induktoren 5 – im Inneren
des Führungskanals 4 so
wenig wie möglich
vermindert und die Erwärmung
des Führungskanals 4 durch
die Wirbelströme
gering gehalten.
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Die
dem Metallstrang 1 zugewandten Seiten der Platten 8 sind
mit einer dünnen
Schicht aus Metalloxid oder aus Karbid versehen; es können auch vergleichbare
Materialien zum Einsatz kommen, die gegen das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 (Zink,
Aluminium, Legierungen hieraus, etc.) sowie gegen mechanischen Verschleiß bei hohen
Temperaturen, der durch eine mögliche
Berührung
mit dem Metallstrang 1 entstehen kann, besonders widerstandfähig ist.
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Im
Zusammenwirken mit der erläuterten
Luftzirkulation der durch das Gebläse 11 eingegebenen Kühlluft kann
eine weitgehend gleichmäßige Temperatur
T im Führungskanal 4 aufrecht
erhalten werden, so dass auch ein Verziehen des Führungskanals 4 verhindert
wird, was beim Abkühlen
des Kanals bei längerem
Stillstand der Schmelztauchbeschichtungsanlage auftreten kann.
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Insbesondere 4 kann entnommen werden,
dass vier Platten 8 (zwei mit großer und zwei mit kleiner Breite)
zusammengefügt
sind, um den Durchtrittskanal für
den Metallstrang 1 zu bilden. Die beschichteten Seiten
der Platten 8 sind sämtlich
dem Metallstrang 1 zugewandt.
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Das
Zusammenfügen
der vier Platten 8 erfolgt durch eine Schweißverbindung
an den Stirnseiten des Führungskanals 4.
Zur Befestigung des Führungskanals 4 im
unteren Bereich des Behälters 3 dient – wie bereits
erläutert – der Flansch 14,
der am oberen Ende des Führungskanals 4 so
angeschweißt ist,
dass das obere Ende des Führungskanals 4 sich innerhalb
der Flanschöffnung
befindet. Dadurch ist eine durchgehend beschichtete Innenseite des
Führungskanals 4 gewährleistet.
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Wie
ebenfalls bereits erwähnt
wurde, sind die Seitenflächen
der Seiten 8 mit den aufgeschweißten Rippen 10 versehen,
die die Luft über
die Hohlräume 6 leiten.
Die von außen
auf die Rippen 10 aufgesetzten Außenelemente 9 sind
als dünne
Platten ausgebildet und bestehen aus elektrisch nicht leitendem
und hitzebeständigem
Material, wofür
insbesondere Glimmer zum Einsatz kommt.
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- 1
- Metallstrang
(Stahlband)
- 2
- Beschichtungsmetall
- 3
- Behälter
- 4
- Führungskanal
- 5
- elektromagnetischer
Induktor
- 6
- Hohlraum
- 7
- Thermoelement
- 8
- Platte
- 9
- plattenförmiges Außenelement
- 10
- Rippe
- 11
- Fördermittel
(Gebläse)
- 12
- unteres
Ende des Führungskanals
- 13
- Rollenkammer
- 14
- Flansch
- 15
- Rolle
- T
- Temperatur
- R
- Förderrichtung