DE1771277A1 - Stromleitwalze zur UEbertragung hoher elektrischer Stroeme,insbesondere in Bandveredelungsanlagen - Google Patents

Description

Kahel-und Metallwerke 2 037

Gutehoffnun";shütte Aktiengesellschaft 26. 4. 1968

Stromleitwalze zur Übertragung hoher elektrischer Ströme, insbesondere in Bandveredelungsanlagen

Zur Übertragung hoher elektrische^ Ströme, etwa in der Größenordnung von 8000 bis 9000 A, von einer Speisequelle auf ein bandförmiges Gut, beispielweise in Bandveredelun^f*sanlagen, wo las Band in einem Elektrolyten mit einem metallischen Niederschlag versehen werden soll, werden sogenannte Stromleitwalzen verwendet. Diese Stromleitwalzen bestehen im wesentlichen aus einem auf einer mit einer Bohrung versehenen Welle angeordnetsn Walzenhohlkörper, z.B. aus Stahl, dessen Außenfläche mit einem Kupferüberzug zu*" eigentlichen Stromleitung versehen ist. Durch die Bohrung in der Welle wird eine Kühlflüssigkeit in das Innere des Walzenhohlkörpers befördert und beim Umlauf der Walze mitgenoranen. Dieser zur Kühlung der Innenwandun/? des Walzenhohlkörpers vorgesehene freie Kühlmitteldnachlauf hpt jedoch erhebliche Nachteile. Da ist vor allem die unkontrollierbare Kühlung der Walze durch die Wand des Walzenhohlkörpere und den aufgebrachten metallischen Niederschl?r, z.B. aus Kupfer, die die Höhe der zulässigen Stromstärken wesentlich beeinflußt, sowie die infolge der Turbulenz der Kühlflüssigkeit beim Umlaufen der Wal.ze auftretende Unwucht, die die Umlaufgeschwindigkeit und damit auch die Fertigungsgepchwindigkeiten einer Bandveredelungsanloge begrenzt.

Diese Schwierigkeiten bei einer Stromleitwalze zur Übertragung hoher elektrischer Ströme, insbesondere auf durch eine elektrolyt! sehe B'iPdveredelun-;sanla;;e durchlaufendes bandförmiges Gut, die aus einer auf einer mit Stromzuführungs- und/oder Stromableitungsorganen versehenen Meile angeordneten metallischen'

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Walze besteht, deren während des Betriebes von einem strömenden Medium gekühlte Außenflächen mit einer vorzugsweise elektrolytische« aufgebrachten Außenhaut aus einem elektrisch gut leitenden Material versehen sind, weirdHb durch die Erfindung überwunden.. Gemäß der Erfindung ist das kühlende flüssige oder auch gasförmige Medium mindestens im Bereich der zur Führung des Gutes dienenden zylindrischen Außenflächen der Walze unterhalb der stromführenden Außenhaut geführt. Die zwangsweise Führung des kühlenden Mediums unterhalb der Außenhaut bewirkt eine gleichmäßige Kühlung der stromführenden Außenfläche. Dabei wird der Kühleffekt noch dadurch wesentlich intensiviert, daß sich das strömende Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, unmittelbar unter der die Wärme gut leitenden Außenhaut aus einem elektrolytisch aufgebrachten Niederschlag aus Kupfer, Chrom, Nickel und dergl. befindet. Die Zwangsführung des Kühlmediums verhindert das Auftreten von Unwuchten beim Umlauf der Walze, so daß man die Umlaufgeschwindigkeiten, die zu höheren Fertigungszeiten führen, beträchtlich erhöhen kann.

Zur Führung des flüssigen oder auch gasförmigen Kühlmediums wird man in Durchführung der Erfindung zweckmäßig an der Aussenf lache der Walze angeordnete, von der Außenhaut, z.B. aus Kupfer, überdeckte Kühlkanäle verwenden, die vorteilhaft spiralförmig oder wendelförmig verlaufen. Die die KüWkanäle b#ildenden Wände der metallischen Walze werden zweckmäßig mit einem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet, wenn, wie es die Regel ist, die Walze aus einem zylindrischen Stahlhohlkörper besteht. Zur Erzielung einer gleichmäßigen aber verhältnismäßig dünnen Auskleidung hat sich in Durchführung der Erfindung beispielsweise ein elektrolytisch aufgebrachter Kupferüberzug als besonders vorteilhaft erwiesen.

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Besteht die stromführende Außenhaut aus einer Kupfernchicht, die infolge ih^er Abscheidung aus einem geeigneten Elektrolyten eine besonders hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit besitzt, dann wird man die Kühlkanäle an ihrem oberen Ende mit Schwalbenschwanzarti^en Nuten versehen, in die Abdeckbleche, ebenfalls aus Kupfer, eingelegt werden.

Die Zuführung des strömenden Kühlmittels, sei es eine Kühlflüssigkeit oder auch ein geeignetes Gas, erfolgt üblicherweise durch eine Bohrung in der Wolle ins Innere der tfalze. Um zu verhindern,

daß beim Umlauf der Walze das Kühlmittel in den Zuführungs- · leitungen einen Rückstau erfährt, sind die die Bohrung in der Welle mit den Anfängen bzw. Enden der Kühlkanäle verbindenden itohrleitun^en in Drehrichtung der Walze gesehen C-förmig ausfefüh^t. Auf diese Weise wird das Kühlmittel in Drehrichtu.nß mitgenommen, so daß ,jeglicher Rückstau von Kühlflüssigkeit oder Gas vermieden ist.

In der Regel werden von auf der Welle angeordneten Kollektoren die z.B. zum Verzinnen eines Stahlbandes in einem Elektrolyten benötigten Ströme der Außenhaut der Walze über die Welle zugeführt. Zur Verstärkung des elektrisch leitenden Querschnitts an der Welle ist infolge des geringen Umfenges der Welle gegenüber dem Walzenkörper eine entsprechend größere Schichtdicke der stromführenden Au3enhaut erforderlich. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, auf den zu verstärkenden Wellenteil eine Hülse aus einem elektrisch gut leitenden Material aufzubringen, beispielsweise aufzuschrumpfen,und mit dem Walzenkörper durch Löten elektrisch zu verbinden. Der mit der Hülse versehene Wellenteil wird dann zusammen mit dem Walzenkörper beispielsweise homogen überkupfert, wenn die Hülse ebenfalls aus Kupfer bestand, so daß sich vom Sitz der Kollektoren an in Richtung auf den Walzenkörper eine elektrisch gleichmässlge Kupferschicht vergrößerten Querschnitts ergibt. Zusätzlich

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kann die Stelle des Wellenteils, wo die Dichtungsringe von Vorrichtungen für die Kühlwasserzu- und -abfuhr laufen und die Sitze der Kugellager einschließlich der Simmerringe auf der Welle zum Schutz gegen Verschleiß und Korrosion mit einem mechanisch festeren Material, beispielsweise einen Gbromüberzug, versehen sein.

Zur Herstellung einer Stromleitwalze nach der Erfindung kann man so vorgehen, daß zunächst zumindest in die zylindrischen Aussenflächen der metallischen Walze die Kühlkanäle eingearbeitet werden, z.B. durch Eindrehen oder Einfräsen einer doT)t)elgängigen Süirale oder Wendel, und anschließend diese Kanäle vorzugsweise elektrolytisch in bekannter Weise mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff ausgekleidet werden. Anschließend werden die eingearbeiteten Kanäle ir.it einer leitfHhigen Masse, z.B. einen* leitfähigen 'Vachs, gefüllt und die so vorbereitete Walze in einem elektrolytischen Ba»d mit der metallischen Aussenhaut versehen. Die leitfähife Messe wird dann z.B. durch Erwärmen aus den KiihTkanälen entfernt.

Man kann aber auch so vorgehen, daß die in die zylindrischen Auesenflächen der metallischen Walze eingearbeiteten und mit einem korrosionsbeständigen mferkstoff ausgekleideten Kühlkanäle zunächst z.B. durch ein loitfähiges Blech nach außen abgedeckt werden. Die so vorbereitete Walze wird dann anschliessend in einem elektrolytischen Bad mit der metallischen Aussenhaut versehen. Das die Ki'hlkanäle abdeckende Blech wird nan vorteilhaft aus Kupfer wählen, wenn die stromführende Außenhaut ebenfalls aus Kupfer besteht.

Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 bis 4 als ausführimgsbeispiel dargestellten Stromleitwalze einer Bandveredelungsanlage näher erläutert.

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Das mit einem metallischen ITiederschlagj ζ. Β. ZirnijZU beaufschlagende Stahlband 1 wird, wie in der Figur 1 schematisch angedeutet, von einer nicht dargestellten Vorratstrommel oder ^pule abgewickelt und der ersten der in Reihe hintereinander angeordneten 3tromleitwalzen 2 zugeführt. Die Stromleitwalzen 2 sind mit negativen Pol einer geeigneten Stromquelle verbunden, die in der Lage ist, die für den Elektrolysevorgang benötigten hohen Ströme von beisOielsweise 8000 bis 9000 A zu liefern. Das von der ersten Stromleitwalze ablaufende Stahlband wird dann in den Elektrolyten 3» z.B. ein Zinnba«d, eingeführt,mittels der Gummirolle 4 umgelenkt und über die zweite Stromleitwalze 2 in das nächste Bad eingeführt zur Aufbringung einer weiteren Schicht etc., bis die erforderliche Gesamtschichtdicke erzielt ist. Als Gegenelektroden für die Stromleitwalzen 2 bzw. das über diese laufende Stahlband 1, das zwischen jeweils zwei Stromleitwalzen die gleiche Polung wie diese besitzt, dienen in das Elektrolysebad hineinragende Plattenelektroden 5, z.B. aus Zinn, die mit dem positiven Pol der hohe Ströme liefernden Stromquelle verbunden sind.

Um bei diesem in Figur 1 schematisch dargestellten Durchlaufverfahren mit hintereinander angeordneten Elektrolyse-Bädern hohe für eine rationelle Bandveredelung geeignete Fertigungsgeschwindigkeiten zu erzielen, dient z.B. eine Stromleitwalze, wie sie in den Figuren 2 bis 4· in drei unterschiedlichen Schnitten dargestellt ist.

Die Stromleitwalze 2 besteht danach im wesentlichen aus einem auf der Welle 7 angeordneten Stahlhohlkörper 8 mit der zylindrischen Mantelfläche 9 und den Stirnseiten 10. Die Welle 7 ist mit der in das Innere des Stahlhohlkörpers 8 hineinführenden Bohrung 11 versehen, durch die das Kühlmittel für die Walze be- ·

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fördert wird. Zur Verbindung der Ein- und Austrittsöffnung und 12 in der Welle 7 mit den in der Mantelfläche 9 vorgesehenen Kühlkanälen 13 dienen in Drehrichtung der Welle C-förmige Rohrleitungen H und 15» deren Krümmung so gewählt ist, daß ein Rückstau in jedem Fall beim Umlaufen der Walze auch bei höherer Geschwindigkeit vermieden ist.

Die Külikanäle 13 bestehen aus in die Mantelfläche eingearbeitete Nuten einer doppelgängigen Spirale oder Wendel, Hierdurch wird das durch die Bohrung 11 in der Welle 7 eingeführte Kühlmittel, z.B. eine Kühlflüssigkeit, zwangsweise geführt, so daß Unwuchten, die über den z. Zt. üblichen Bandgeschwindigkeiten von 100 bis 400 m/min einer Bandveredelungsanlage liegen, nicht auftreten.

Unmittelbar über den in die Mantelfläche 9 eingearbeiteten Kühlkanälen 13 befindet sich die elektrolytisch aufgebrachte, z.B. aus Kupfer bestehende, stromführende Außenhaut 16 in einer Schichtdicke von 1 bis 20 mm, vorzugsweise 5 bis 15 mm. Diese stromführende Außenhaut mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird von dem darunter befindlichen Kühlmittel praktisch unmittelbar gekühlt, so daß sehr hohe Stromdichten auf einer solchen Leitwalze möglich sind. Die als stromführende Außenhaut aufgebrachte Kupferschicht setzt sich über die Stirnseiten hinaus fort bis etwa in den Bereich der die Stromzufuhr übernehmenden, nicht dargestellten Kollektoren. Dabei befindet sich unterhalb dieser Kupferschicht zur Verstärkung des stromführenden Querschnittes im Bereich der Welle eine auf diese aufgeschrumpfte kupferne Hülse 17, die an die Stirnflächen 10 des Stahlhohlkörpers 8 z.B. weich angelötet ist. Die auf diese Schrumpfhülse aufgebrachte homogene Kupferschicht bewirkt auf Grund ihrer galvanischen Verbindung mit dieser eine tatsächliche Vergrößerung des wirksamen Querschnittes,

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Kabel- und Metallwerke 2 037 Gu^ehoffnungshütte Aktiengesellschaft 26. 4. 1968 Patentansprüche

1.. Stroml^itwalze zur Übertragung hoher elektrischer Ströme, insbesondere auf durch eine elektrolytische Bandveredelungsan- * lage durchlaufendes bandförmiges Gut, bestehend aus einer auf einer mit Stromführungs- und/oder Stromableitungsorganen versehenen Welle angeordneten metallischen Walze, deren während des Betriebes von einem strömenden Medium gekühlte Außenfläche mit einer vorzugsweise elektrolytisch aufgebrachten Außenhaut aus einem elektrisch gut leitenden Material versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das kühlende flüssige oder auch gasförmige Medium mindestens im Bereich der zur Führung des Gutes dienenden zylindrischen Außenflächen der Walze unterhalb der stromführenden Außenhaut p-eführt ist.

2. Stromleitwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur

Führung des flüssigen oder gasförmigen Mediums an der Außenfläche der Walze angeordnete, von der Außenhaut überdeckte Kühlkanäle dienen.

3. Stromleitwalze nach AnsOruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle spiral- oder wendelförmig verlaufen.

4. Stromleitwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale oder Wendel dbppelgängig ausgeführt ist.

5· .Stromleitwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kühlkanäle bildenden Wände der metallischen Walze mit einem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet sind.

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6. Stromleitwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daßdie die Kühlkanäle "bildenden Wände der metallischen Walze auf elektrolytischem Wege mit einem metallischen Niederschlag, z.B. aus Kupfer, versehen sind.

7. Stromleitwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da? die unterhalb der stromführenden Außenhaut angeordneten Kühlkanäle nach außen durch zusätzliche leitfähige Mittel, z.B. durch ein leitendes Kupferblech, abgedeckt sind.

8. Stromleitwalze nach Anspruch 1, bei der das kühlende Medium durch eine Bohrung in der Welle ins Innere der Walze geführt ist, gekennzeichnet durch die Bohrung in der Welle mit den Kühlkanälen verbindende)in Drehrichtung der Walze gesehen C-förmige Rohrleitungen.

9. Stromleitwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der infolge des geringeren Querschnittes an s-ich nur für niedere 3tromdichten geeignete Wellenteil, z.B. durch eine Hülse aus elektrisch gut leitendem Material, vor dem Aufbringen der Außenhaut verstärkt ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Stromleitwplze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in die zylindrischen Außenflächen der metallischen Walze die Kühlkanäle eingearbeitet und vorzugsweise elektrolytisch mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff ausgekleidet v/erden, daß anschließend die Kanäle mit einer leitfähigen Masse gefüllt und die so vorbereitete Walze in eiren elektrolytischen Bad mit der metallischen Außenhaut versehen wird,, und daß schließlich 'tie leitfähige Masse z.B. durch Erwärmen aus den Kühlkanälen entfernt wird.

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11. . Verfahren zur Herstellung einer Stromleitwalze n;>ch einem

oder mehreren der Ansprüche 1 his 9> dadurch gekennzeichnet, da/3 zumindest in die zylindrischer Außenflächen der metallischen ¥alze die Kühlkanäle eingearbeitet und vorzugsweise elektrolytisch mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff ausgekleidet wenden, daR anschließend die Kühlkanäle z.Bo durch ein leitfähiges Blech nach außen abgedeckt wenden unr" daß schließlich die so vorbereitete Walze in einem'elektrolytischen Bad mit der metallischen Außenhaut versehen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kühlkanäle durch ein Blech aus Kupfer abgedeckt werden und ■

anschließend ein Kupferüberzu^ auf die WhIzo aufgebracht wird.

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