EP3596245A1 - Lageranordnung - Google Patents

Lageranordnung

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Publication number
EP3596245A1
EP3596245A1 EP18706209.6A EP18706209A EP3596245A1 EP 3596245 A1 EP3596245 A1 EP 3596245A1 EP 18706209 A EP18706209 A EP 18706209A EP 3596245 A1 EP3596245 A1 EP 3596245A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
shaft
molten metal
induction
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18706209.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Kümmel
Michael Zielenbach
Thomas Daube
Jegor JEGOR BERGEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3596245A1 publication Critical patent/EP3596245A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/82—Arrangements for electrostatic or magnetic action against dust or other particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0034—Details related to elements immersed in bath
    • C23C2/00342—Moving elements, e.g. pumps or mixers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0034—Details related to elements immersed in bath
    • C23C2/00342—Moving elements, e.g. pumps or mixers
    • C23C2/00344—Means for moving substrates, e.g. immersed rollers or immersed bearings

Definitions

  • the invention relates to a bearing assembly with a bearing for rotatably supporting a shaft which is at least partially immersed outside of the bearing in liquid metal. Moreover, the invention relates to a hot-dip coating installation with such a bearing arrangement.
  • a first approach is to design the bearing as a rolling bearing, which rolling bearings must be designed to operate in the molten metal, d. H. the bearings are then completely submerged in the molten metal during their operation. But such bearings are currently relatively expensive and have a shorter life than plain bearings.
  • bearing assemblies for supporting rollers or shafts in a molten metal are known in the art, the actual bearing being housed for rotatably supporting the roller or shaft and protected by the corresponding housing from direct contact with the molten metal.
  • Such bearing arrangements are disclosed z.
  • EP 2 126 153 B1 or EP 2 193 215 B1 In these two known bearing arrangements, the interior of the bearing housing and thus also the actual bearing for the shaft or roller is protected by a respective sealing device.
  • German patent application DE 42 42 380 A1 which in turn refers to a Russian author's license SU 1 157 125 in the context of the discussion of their prior art.
  • induction pumps have induction coils for generating a traveling field in the liquid metal when it is in a channel within the induction pump. By interaction of the traveling field with currents induced in the molten metal, forces are exerted on the molten metal. The forces generated by each induction coil along the channel on the molten metal add up, creating a pressure on the molten metal in the channel.
  • the molten metal in the channel is set in motion in this way, for example in the direction of the container with the molten metal. If such an induction pump is connected to an opening in the molten metal tank and ensures that the pressure on the molten metal produced in the duct by the induction pump corresponds to the hydrostatic pressure of the molten metal in the tank in the region of the opening prevents the molten metal from leaking out of the container.
  • the invention has for its object to propose an alternative bearing assembly for rotatably supporting a shaft which is at least partially immersed outside the bearing in liquid metal, and a hot dip coating system with such a bearing assembly.
  • the bearing assembly according to the invention is characterized in that its sealing device is formed in the form of an induction pump with at least one induction coil for pumping the liquid metal and that the rotatably mounted shaft is formed as a core for the induction coil and passed through the induction coil.
  • liquid metal and "molten metal” are used synonymously below.
  • the induction pump as a sealing device can be advantageously achieved that the actual bearing for rotatably supporting the shaft does not come into contact with the liquid metal or molten metal.
  • this bearing can then be designed as a commercial or standard rolling or plain bearings.
  • the sealing effect is achieved in that the coils of the induction pump are electrically driven so that they generate a traveling field, which exerts a pressure on the molten metal due to an interaction with induced in the molten metal in an inner channel of the induction pump electrical currents and the molten metal in promoting a direction.
  • the bearing is arranged axially offset from the sealing device and the sealing device between the bearing and the liquid metal.
  • the sealing device in the form of the induction pump is operated so that it generates an electromagnetic traveling field, which is directed so that the liquid metal in the channel of the induction pump is pushed away or -bewegt from the camp.
  • an electrical voltage source for the induction pump and for a housing of the bearing assembly and for the shaft as the core of the induction coil are the subject of the dependent claims with respect to the bearing assembly.
  • the shaft can also be representative of the roller journal of a roller.
  • the roller then has a roller body or a roller ball between its roller pins for deflecting or stabilizing the metal strip when passing through the molten metal.
  • the bearing arrangement according to the invention can be arranged either outside the container with the molten metal or at the free end of a holding arm, wherein the storage according to the invention is then immersed in the molten metal, for example, with the shaft or roller mounted in it by means of the holding arm.
  • Concrete embodiments of the hot-dip coating installation with these two alternative fastenings of the bearing arrangements are the subject of the dependent claims with respect to the hot-dip coating installation.
  • Figure 1 shows the hot dip coating system with a mounting of the bearing assembly according to the invention outside of the container for the molten metal.
  • FIG. 2 shows the hot-dip coating installation according to the invention with a
  • FIG. 1 shows the hot-dip coating installation 500 according to the invention for coating a metal strip with a molten metal 310.
  • the installation comprises a container 300, which is filled with the molten metal 310.
  • the molten metal is a rotatable shaft 200.
  • a roller with a roller ball or roller body 250 and be provided with roller pins.
  • the roller pins will also be referred to below as shaft 200.
  • the metal strip is introduced into the molten metal and with the help of the shaft or roller within the container 300 or within the molten metal 310 is deflected.
  • the shaft 200 is guided through an opening 320 (shaft opening) in the wall of the container 300 to the outside of the container and there rotatably mounted in a bearing assembly 100 according to the invention. More specifically, the shaft 200 in a bearing 1 10, z. B. a standard rolling or plain bearings, rotatably mounted.
  • the bearing arrangement 100 according to the invention provides a sealing device 120, which according to the invention is designed as an induction pump.
  • the induction pump is axially offset from the bearing 110 and disposed between the bearing 110 and the liquid metal 310, more specifically the opening 320 in the container 300.
  • the induction pump 120 has in its interior a channel 121, which may also be formed as a tube.
  • the channel or tube for the molten metal 310 is sealingly connected to the opening 320 in the wall of the container 300 such that the channel 121 fluidly communicates with the opening 320.
  • the intermediate space 123 or annular gap is formed, in which the molten metal 310 can basically penetrate after passing through the opening 320.
  • proper operation of the induction pump prevents molten metal 310 from flowing through this entire space and exiting the induction pump at the opposite end of the passage 320.
  • the induction pump 120 is powered by an electrical voltage source having a three-phase AC voltage for generating a traveling electromagnetic field in the liquid metal 310 when it is in the gap 123.
  • an electrical voltage source having a three-phase AC voltage for generating a traveling electromagnetic field in the liquid metal 310 when it is in the gap 123.
  • This traveling field with a current induced in the molten metal a pressure on the molten metal 310 in the gap 123 is exerted such that the molten metal 310 is pressed in the direction of the opening 320 out of the channel 121.
  • the pressure built up in the molten metal 310 is greater than or equal to the hydrostatic pressure of the molten metal 310 in the region of the opening 320 in the wall of the container 300. In this way, the bearing arrangement 100 is protected against penetration of the molten metal 310 through the opening 320.
  • the bearing assembly 100 may be housed in a housing 130.
  • the bearing 1 10 and the induction pump 120 are then protected by the housing 130.
  • the housing 130 in turn has an opening 132 (shaft opening), which is preferably aligned with the channel 121 and with the opening 320 in the wall of the container 300.
  • the shaft 200 passed through it acts as the core of the induction coils 122 of the induction pump 120 and is formed for this purpose, for example, from ferromagnetic material.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the hot-dip coating installation 500 with an alternative mounting of the roller or shaft 200.
  • the bearing arrangement 100 immersed in the housing 130, completely plunges into the molten metal.
  • the bearing assembly 100 is attached to the free end of a holding arm 340, with which it is submersible in the molten metal 310.
  • the opening 132 in the wall of the housing 130 or the extension of the channel 121 does not fluidly communicate with the opening 320 in the wall of the container communicates but is directly exposed to molten metal 310.
  • the induction pump 120 must ensure as a sealing device that penetration of the molten metal 310 in the region of the bearing 1 10, in which the shaft 200 is rotatably supported, is prevented.
  • the induction pump 120 being operated so that its induction coils 122 generate an electromagnetic traveling field which exerts a pressure on the melt when interacting with a current induced in the molten metal 310 in the gap 123.
  • the pressure on the molten metal acts in a direction away from the bearing 1 10.
  • the pressure of the molten metal is so great that the hydrostatic pressure of the melt in the region of the opening 132 compensated and thus further penetration of the molten metal into the interior of the housing 130, in particular in the region of the bearing 1 10, effectively prevented.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (100) zum Lagern einer Welle (200) oder Rolle, welche außerhalb eines Lagers (110) zumindest teilweise in eine Metallschmelze eingetaucht ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer derartigen Lageranordnung. Bekannte Lageranordnungen weisen typischerweise ein eigentliches Lager (110) auf zum drehbaren Lagern einer Welle bzw. eines Rollenzapfens einer Rolle und eine Dichteinrichtung (120) zum Schützen der Lageranordnung und insbesondere des eigentlichen Lagers gegen eindringende Metallschmelze im Bereich des Wellendurchbruchs. Erfindungsgemäß wird als Dichteinrichtung (120) eine Induktionspumpe vorgesehen, wobei die Welle bzw. der Rollenzapfen als elektromagnetischer Kern für die Induktionsspulen (122) der Induktionspumpe (120) fungiert.

Description

Lageranordnung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lager zum drehbaren Lagern einer Welle, welche außerhalb des Lagers zumindest teilweise in flüssiges Metall eingetaucht ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer derartigen Lageranordnung.
Schmelztauchbeschichtungsanlagen dienen z. B. zum Verzinken von Metallbändern. Das Metallband wird dabei von einer Haspel abgewickelt und nach einer Reinigung in einer Reinigungsvorrichtung durch einen kontinuierlichen Durchlaufglühofen geführt, um es für eine gute Zinkhaftung und optimale technologische Eigenschaften vorzubereiten. Nach dem Verlassen des Durchlaufglühofens wird das Metallband durch ein Zinkbad geführt. Dabei wird es an einer Bodenrolle bzw. Welle umgelenkt und dann zwischen Stabilisierungsbzw. Korrekturrollen hindurchgeführt, um das Zinkbad in Richtung einer Turmrolle zu verlassen. Das Zinkbad ist hier nur als Beispiel angegeben. Im Allgemeinen wird das Beschichtungsmaterial nachfolgend als Metallschmelze bezeichnet. Nach seinem Austritt aus der Metallschmelze wird das Metallband dann typischerweise durch eine Abblaseinrichtung geführt, in welcher überschüssige Anteile der Metallschmelze von dem Metallband abgeblasen werden, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung gewünschter Dicke auf dem Metallband einzustellen.
Ein Problem bei den bekannten Schmelztauchbeschichtungsanlagen ist die Lagerung der Umlenk- oder Stabilisierungs- oder Korrekturrollen in dem Behälter mit der Metallschmelze, weil diese Rollen vollständig in die Metallschmelze eingetaucht sind. Die Lagerung dieser Rollen kann an Haltearmen erfolgen, mit welchen die Rollen in die Metallschmelze eingetaucht sind. Alternativ kann die Lagerung dieser Rollen auch außerhalb des Behälters mit der Metallschmelze erfolgen. Im Stand der Technik gibt es bereits verschiedene Ansätze zur Realisierung derartiger Lageranordnungen.
Ein erster Ansatz besteht darin, die Lagerung als Wälzlager zu gestalten, wobei diese Wälzlager ausgebildet sein müssen, in der Metallschmelze zu operieren, d. h. die Wälzlager sind dann während ihres Betriebs vollständig in die Metallschmelze eingetaucht. Derartige Wälzlager sind aber derzeit relativ teuer und haben eine kürzere Standzeit als Gleitlager. Alternativ sind im Stand der Technik Lageranordnungen zur Lagerung von Rollen oder Wellen in einer Metallschmelze bekannt, wobei das eigentliche Lager zum drehbaren Lagern der Rolle oder Welle eingehaust ist und durch die entsprechende Einhausung vor einem direkten Kontakt mit der Metallschmelze geschützt ist. Derartige Lageranordnungen finden sich offenbart z. B. in den europäischen Patentschriften EP 2 126 153 B1 oder EP 2 193 215 B1 . Bei diesen beiden bekannten Lageranordnungen wird der Innenraum des Lagergehäuses und damit auch das eigentliche Lager für die Welle bzw. Rolle durch jeweils eine Dichteinrichtung geschützt. Bei den beiden Patentschriften wird der Innenraum des Gehäuses gegen ein Eindringen der Metallschmelze im Bereich des Durchtritts der Welle bzw. Rolle in das Gehäuse jeweils durch einen erzeugten Überdruck einer Gasatmosphäre im Inneren des Gehäuses realisiert. Dieser Gas- Überdruck ist größer oder zumindest gleich dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze im Bereich des Wellendurchtritts. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass diese bekannten Lageranordnungen zwar funktionieren, aber anfällig sind bei Druckschwankungen des Gases in dem Lagergehäuse.
Zum weiteren Stand der Technik wird auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 42 380 A1 verwiesen, die im Rahmen der Diskussion ihres Standes der Technik wiederum verweist auf einen russischen Autorenschein SU 1 157 125. Demnach ist es beim Schmelztauchbeschichten von Metallbändern bekannt, ein Auslaufen der Metallschmelze aus dem Behälter für die Metallschmelze mit Hilfe einer Induktionspumpe zu vermeiden. Derartige Induktionspumpen besitzen Induktionsspulen zur Erzeugung eines Wanderfeldes in dem flüssigen Metall, wenn sich dieses in einem Kanal innerhalb der Induktionspumpe befindet. Durch Wechselwirkung des Wanderfeldes mit in der Metallschmelze induzierten Strömen werden Kräfte auf die Metallschmelze ausgeübt. Die von jeder Induktionsspule entlang des Kanals erzeugten Kräfte auf die Metallschmelze addieren sich auf und es entsteht so ein Druck auf die Metallschmelze in dem Kanal. Die Metallschmelze in dem Kanal wird auf diese Weise in Bewegung gesetzt, beispielsweise in Richtung des Behälters mit der Metallschmelze. Bringt man eine derartige Induktionspumpe mit einer Öffnung in dem Behälter für die Metallschmelze in Verbindung und stellt sicher, dass der in dem Kanal durch die Induktionspumpe erzeugte Druck auf die Metallschmelze dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze in dem Behälter im Bereich der Öffnung entspricht, so kann dadurch verhindert werden, dass die Metallschmelze aus dem Behälter ausläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lageranordnung zum drehbaren Lagern einer Welle, welche außerhalb des Lagers zumindest teilweise in flüssiges Metall eingetaucht ist, und eine Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer derartigen Lageranordnung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Lageranordnung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist die erfindungsgemäße Lageranordnung dadurch gekennzeichnet, dass ihre Dichteinrichtung ausgebildet ist in Form einer Induktionspumpe mit mindestens einer Induktionsspule zum Pumpen des flüssigen Metalls und dass die drehbar gelagerte Welle als Kern für die Induktionsspule ausgebildet und durch die Induktionsspule hindurchgeführt ist.
Die Begriffe „flüssiges Metall" und „Metallschmelze" werden nachfolgend gleichbedeutend verwendet. Durch die Verwendung der Induktionspumpe als Dichteinrichtung kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das eigentliche Lager zum drehbaren Lagern der Welle nicht mit dem flüssigen Metall bzw. der Metallschmelze in Kontakt kommt. Vorteilhafterweise kann dieses Lager dann als handelsübliches bzw. standardmäßiges Wälz- oder Gleitlager ausgebildet sein. Die Dichtwirkung wird dadurch erreicht, dass die Spulen der Induktionspumpe elektrisch derart angesteuert werden, dass sie ein Wanderfeld erzeugen, welches aufgrund einer Wechselwirkung mit in der Metallschmelze in einem inneren Kanal der Induktionspumpe induzierten elektrischen Strömen einen Druck auf die Metallschmelze ausübt und die Metallschmelze somit in eine Richtung fördert.
Erfindungsgemäß füllt die Metallschmelze jedoch nicht den gesamten inneren Kanal der Induktionspumpe aus, sondern vielmehr muss sich die Metallschmelze den Innenraum des Kanals mit der Welle teilen, welche durch die Induktionspumpe hindurch zu dem Lager der Lageranordnung geführt und dort drehbar gelagert ist. Es verbleibt somit nur ein Zwischenraum in Form eines Ringspaltes für das flüssige Metall in dem Kanal. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, den im Stand der Technik bekannten ferromagnetischen Kern der Induktionsspulen einer Induktionspumpe durch eine Welle zu ersetzen und damit die Induktionspumpe als Dichteinrichtung nicht nur zum Abdichten eines Behälters mit flüssiger Metallschmelze, sondern zum Abdichten einer Drehdurchführung zu verwenden.
Vorteilhafterweise muss die Lageranordnung nicht mehr aufwändig für einen Gasüberdruck ausgebildet sein, wie dies im Stand der Technik zum Teil erforderlich war. Durch die Induktionspumpe als Dichteinrichtung wird das eigentliche Lager für die Welle von der Metallschmelze freigehalten und es kann so ein preisgünstiges Standardlager verwendet werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Lager in Form von mindestens zwei Lagereinheiten, vorzugsweise zwei Wälzlagereinheiten, ausgebildet. Die Lagereinheiten sind axial zueinander beabstandet in derselben Lageranordnung angeordnet. Vorzugsweise weisen die zwei Lagereinheiten einen axialen Abstand a zueinander auf mit 0,3 x Wellendurchmesser < a < 4 x Wellendurchmesser. Das Vorsehen der beiden Lagereinheiten bietet den Vorteil, dass innerhalb der Durchführung nur eine minimale Verkippung der Welle erfolgt bzw. erfolgen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Lager axial versetzt zu der Dichteinrichtung und die Dichteinrichtung zwischen dem Lager und dem flüssigen Metall angeordnet. Die Dichteinrichtung in Form der Induktionspumpe wird dabei so betrieben, dass sie ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt, welches so gerichtet ist, dass das flüssige Metall in dem Kanal der Induktionspumpe von dem Lager weggedrückt bzw. -bewegt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Induktionspumpe, einer elektrischen Spannungsquelle für die Induktionspumpe sowie für ein Gehäuse der Lageranordnung und für die Welle als Kern der Induktionsspule sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche bezogen auf die Lageranordnung.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Schmelztauchbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 8 gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf die Lageranordnung genannten Vorteilen.
Die Welle kann auch repräsentativ für die Rollenzapfen einer Rolle stehen. Die Rolle weist dann zwischen ihren Rollenzapfen einen Rollenkörper bzw. einen Rollenballen auf zum Umlenken oder Stabilisieren des Metallbandes beim Durchlaufen durch die Metallschmelze.
Bei der beanspruchten Schmelztauchbeschichtungsanlage kann die erfindungsgemäße Lageranordnung entweder außerhalb des Behälters mit der Metallschmelze oder an dem freien Ende eines Haltearmes angeordnet sein, wobei die erfindungsgemäße Lagerung dann beispielsweise mit der in ihr gelagerten Welle bzw. Rolle mit Hilfe des Haltearmes in die Metallschmelze eintauchbar ist. Konkrete Ausgestaltungen der Schmelztauchbeschichtungsanlage mit diesen beiden alternativen Befestigungen der Lageranordnungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche bezogen auf die Schmelztauchbeschichtungsanlage.
Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei Figur 1 die Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer Befestigung der erfindungsgemäßen Lageranordnung außerhalb des Behälters für die Metallschmelze; und
Figur 2 die erfindungsgemäße Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer
Befestigung der erfindungsgemäßen Lageranordnung an einem
Haltearm zum Betrieb innerhalb der Metallschmelze zeigt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In beiden Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Schmelztauchbeschichtungsanlage 500 zum Beschichten eines Metallbandes mit einer Metallschmelze 310. Die Anlage umfasst einen Behälter 300, welcher mit der Metallschmelze 310 befüllt ist. In der Metallschmelze befindet sich eine drehbare Welle 200. Alternativ zu der Welle kann auch eine Rolle mit einem Rollenballen bzw. Rollenkörper 250 und mit Rollenzapfen vorgesehen sein. Der Einfachheit halber werden die Rollenzapfen nachfolgend auch als Welle 200 bezeichnet. Zum Beschichten mit der Metallschmelze wird das Metallband in die Metallschmelze eingeleitet und mit Hilfe der Welle bzw. Rolle innerhalb des Behälters 300 bzw. innerhalb der Metallschmelze 310 umgelenkt.
Die Welle 200 ist durch eine Öffnung 320 (Wellendurchbruch) in der Wand des Behälters 300 nach außerhalb des Behälters geführt und dort in einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 100 drehbar gelagert. Genauer gesagt ist die Welle 200 in einem Lager 1 10, z. B. einem standardmäßigen Wälz- oder Gleitlager, drehbar gelagert. Um zu verhindern, dass die Metallschmelze 310 durch einen Zwischenraum bzw. Ringspalt zwischen der Öffnung 320 in der Behälterwand und der Welle 200 austritt und das Lager 1 10 flutet, sieht die erfindungsgemäße Lageranordnung 100 eine Dichteinrichtung 120 vor, welche erfindungsgemäß als Induktionspumpe ausgebildet ist.
Die Induktionspumpe ist axial zu dem Lager 1 10 versetzt und zwischen dem Lager 1 10 und dem flüssigen Metall 310, hier genauer gesagt der Öffnung 320 in dem Behälter 300 angeordnet. Die Induktionspumpe 120 weist in ihrem Inneren einen Kanal 121 auf, welcher auch als Rohr ausgebildet sein kann. Der Kanal bzw. das Rohr für die Metallschmelze 310 ist dichtend mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300 derart verbunden, dass der Kanal 121 mit der Öffnung 320 fluidtechnisch kommuniziert. Zwischen der Innenseite des Kanals und der Welle 200, welche in dem Kanal geführt ist, ist der Zwischenraum 123 bzw. Ringspalt ausgebildet, in welchen die Metallschmelze 310 nach Durchtritt durch die Öffnung 320 grundsätzlich eindringen kann. Durch einen geeigneten Betrieb der Induktionspumpe wird jedoch verhindert, dass die Metallschmelze 310 durch diesen gesamten Zwischenraum hindurchfließt und an dem der Öffnung 320 gegenüberliegenden Ende des Kanals aus der Induktionspumpe austritt.
Für den Betrieb wird die Induktionspumpe 120 von einer elektrischen Spannungsquelle mit einer dreiphasigen Wechselspannung versorgt zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes in dem flüssigen Metall 310, wenn sich dieses in dem Zwischenraum 123 befindet. Durch die Wechselwirkung dieses Wanderfeldes mit einem in der Metallschmelze induzierten Strom wird ein Druck auf die Metallschmelze 310 in dem Zwischenraum 123 derart ausgeübt, dass die Metallschmelze 310 in Richtung auf die Öffnung 320 hin aus dem Kanal 121 gedrückt wird. Der in der Metallschmelze 310 aufgebaute Druck ist dabei größer oder gleich dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze 310 im Bereich der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300. Auf diese Weise wird die Lageranordnung 100 gegen ein Eindringen der Metallschmelze 310 durch die Öffnung 320 geschützt. Die Lageranordnung 100 kann in einem Gehäuse 130 eingehaust sein. Das Lager 1 10 und die Induktionspumpe 120 sind dann durch das Gehäuse 130 geschützt. Das Gehäuse 130 weist seinerseits eine Öffnung 132 (Wellendurchbruch) auf, welche vorzugsweise mit dem Kanal 121 bzw. mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300 fluchtet. Für den Betrieb der Induktionspumpe 120 ist es vorteilhaft, wenn die durch sie hindurchgeführte Welle 200 als Kern der Induktionsspulen 122 der Induktionspumpe 120 fungiert und zu diesem Zweck beispielsweise aus ferromagnetischem Material gebildet ist.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausbildung der Schmelztauchbeschichtungsanlage 500 mit einer alternativen Lagerung der Rolle bzw. Welle 200. Im Unterschied zur Figur 1 taucht die erfindungsgemäße Lageranordnung 100, eingehaust in das Gehäuse 130 vollständig in die Metallschmelze ein. Zu diesem Zweck ist die Lageranordnung 100 an dem freien Ende eines Haltearmes 340 befestigt, mit welchem sie in die Metallschmelze 310 eintauchbar ist.
Für den Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lageranordnung 100 wird auf die entsprechende Beschreibung zur Figur 1 verwiesen; die dort gegebene Beschreibung der Lageranordnung gilt hier analog. Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht darin, dass die Öffnung 132 in der Wand des Gehäuses 130 bzw. die Verlängerung des Kanals 121 nicht mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters fluidtechnisch kommuniziert, sondern direkt der Metallschmelze 310 ausgesetzt ist. Aber auch bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel muss die Induktionspumpe 120 als Dichteinrichtung gewährleisten, dass ein Eindringen der Metallschmelze 310 in den Bereich des Lagers 1 10, in dem die Welle 200 drehbar gelagert ist, verhindert wird. Auch hier wird dies dadurch verhindert, dass die Induktionspumpe 120 so betrieben wird, dass ihre Induktionsspulen 122 ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugen, welches bei einer Wechselwirkung mit einem in der Metallschmelze 310 in dem Zwischenraum 123 induzierten Strom einen Druck auf die Schmelze ausübt. Der Druck auf die Metallschmelze wirkt dabei in einer Richtung von dem Lager 1 10 weg. Der Druck der Metallschmelze ist dabei so groß, dass der hydrostatische Druck der Schmelze im Bereich der Öffnung 132 kompensiert und somit ein weiteres Eindringen der Metallschmelze in das Innere des Gehäuses 130, insbesondere in den Bereich des Lagers 1 10, wirksam verhindert wird.
Bezugszeichenliste
100 Lageranordnung
1 10 Lager
120 Dichteinrichtung bzw. Induktionspumi
121 Kanal
122 Induktionsspule
123 Zwischenraum
130 Gehäuse
132 Öffnung in Wand des Gehäuses
200 Welle
250 Rollenkörper
300 Behälter
310 flüssiges Metall
320 Öffnung in der Wand des Behälters
340 Haltearm
400 elektrische Spannungsquelle
500 Schmelztauchbeschichtungsanlage

Claims

Patentansprüche:
1 . Lageranordnung (100) aufweisend:
ein Lager (1 10) zum drehbaren Lagern einer Welle (200), welche außerhalb des Lagers (1 10) zumindest teilweise in flüssiges Metall (310) eingetaucht ist; und
eine Dichteinrichtung (120) zum Abdichten des Lagers (1 10) gegen das flüssige Metall (310);
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichteinrichtung (120) ausgebildet ist in Form einer
Induktionspumpe mit mindestens einer Induktionsspule (122) zum Pumpen des flüssigen Metalls (310); und
dass die drehbar gelagerte Welle (200) als Kern für die Induktionsspule (122) ausgebildet und durch die Induktionsspule hindurchgeführt ist.
2. Lageranordnung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager (1 10) in Form von mindestens zwei Lagereinheiten, vorzugsweise zwei Wälzlagereinheiten, ausgebildet ist,
wobei die Lagereinheiten axial zueinander beabstandet in derselben Lageranordnung angeordnet sind.
3. Lageranordnung (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwei Lagereinheiten einen axialen Abstand a zueinander aufweisen mit 0,3 x Wellendurchmesser < a < 4 x Wellendurchmesser.
4. Lageranordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager (1 10) axial versetzt zu der Dichteinrichtung (120) angeordnet ist.
5. Lageranordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktionspumpe (120) aufweist:
einen Kanal (121 ), in welchem die Welle (200) als stabförmiger Kern für die Induktionsspule (122) geführt ist, wobei zwischen der Wand des Kanals (121 ) und der Welle ein Zwischenraum (123) ausgebildet ist zur Aufnahme des flüssigen Metalls (310); und
die von einer elektrischen Spannungsquelle (400) gespeiste
Induktionsspule (122) an der Außenseite des Kanals zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wanderfeldes in dem flüssigen Metall (310) in dem Zwischenraum.
6. Lageranordnung (100) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Spannungsquelle (400) als vorzugsweise 3-phasige Wechselspannungsquelle ausgebildet ist.
7. Lageranordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (130) in welchem das Lager (1 10) und die Induktionspumpe (120) angeordnet sind, wobei die Wand des Gehäuses auf der dem Lager (1 10) abgewandten Seite der Induktionsspule (120) eine Öffnung (132) aufweist und wobei der Kanal (121 ) - erforderlichenfalls verlängert - in die Öffnung mündet.
8. Lageranordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kanal (121 ) der Induktionspumpe (120) in Form eines Rohres ausgebildet ist.
9. Lageranordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Welle (200) als Kern der Induktionsspule (122) beispielsweise aus ferromagnetischem Material gebildet ist.
10.Schmelztauchbeschichtungsanlage (500) zum Beschichten eines
Metallbandes mit einer Metallschmelze (310), aufweisend:
einen Behälter (300) für die Metallschmelze;
eine in die Metallschmelze (310) eingetauchte drehbare Welle (200) zum Umlenken oder Stabilisieren des Metallbandes beim Durchlaufen durch die Metallschmelze; und
eine Lageranordnung (100) zum drehbaren Lagern der Welle (200);
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lageranordnung (100) mit einer Induktionspumpe (120) als Dichteinrichtung ausgebildet ist nach einem der vorangegangenen
Ansprüche zum Abdichten des Lagers (1 10) gegen die Metallschmelze (310).
1 1 .Schmelztauchbeschichtungsanlage (500) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Welle (200) die Rollenzapfen einer Rolle repräsentiert,
dass die Rolle zwischen den Rollenzapfen einen Rollenkörper (250) aufweist zum Umlenken oder Stabilisieren des Metallbandes beim
Durchlaufen durch die Metallschmelze (310).
12.Schmelztauchbeschichtungsanlage (500) nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lageranordnung (100) mit dem Lager (1 10) für die Welle (200) und der Induktionspumpe (120) außerhalb des Behälters (300) angeordnet ist, wobei die Induktionspumpe zwischen dem Lager (1 10) und dem
Behälter (300) angeordnet ist;
dass die Wand des Behälters eine Öffnung (320) aufweist,
dass der Kanal (121 ) der Induktionspumpe (120) auf der dem Lager (1 10) abgewandten Seite der Induktionspumpe (120) fluidtechnisch
kommunizierend mit der Öffnung (320) in dem Behälter (300) verbunden ist; und
dass die Welle (200) durch die Öffnung (320) des Behälters und den Kanal (121 ) der Induktionspumpe hindurch geführt und in dem Lager (1 10) der Lageranordnung drehbar gelagert ist. Schmelztauchbeschichtungsanlage (500) nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Haltearm (340) vorgesehen ist;,
dass das Gehäuse (130) der Lageranordnung (100) mit dem darin befindlichen Lager (1 10) für die Welle (200) und der Induktionspumpe (120) an dem freien Ende des Haltearms (340) befestigt ist zum Eintauchen mit dem Haltearm in das flüssige Metall (310);
dass der Kanal (121 ) der Induktionspumpe (120) auf der dem Lager (1 10) abgewandten Seite der Induktionspumpe (120) fluidtechnisch
kommunizierend mit einer Öffnung (132) in der Wand des Gehäuses verbunden ist; und
dass die in dem Behälter (300) befindliche Welle durch diese Öffnung (132) und den Kanal (121 ) hindurch geführt und in dem Lager (1 10) der
Lageranordnung drehbar gelagert ist.
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