ES2267064T3 - Esclusa de estanqueidad para linea de deposito bajo vacio sobre producto plano. - Google Patents
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Abstract
Esclusa de estanqueidad (5) para una cámara de depósito bajo vacío sobre una banda, preferentemente metálica, en paso continuo (1), que presenta una tapa inferior (6) y una tapa superior (7) amovibles, que comprende una pluralidad de pares de rodillos metálicos (10, 10¿; 11, 11¿, ¿) entre los cuales pasa la banda (1) y mantenidos en una cuna (40, 40¿; 41, 41¿;¿) fijada a la tapa (6, 7) que le está enfrentada con una separación que define una primera fuga, definiendo dos pares de rodillos sucesivos cualesquiera una subcámara (20, 21, 22, ¿) mantenida a una presión determinada, inferior a la presión atmosférica, por un grupo de bombeo (3) conectado a dicha cámara, caracterizada porque: - los rodillos están montados sobre unos cojinetes (30, 30¿, ¿) solidarios de dichas tapas (6, 7) y son también amovibles; - los rodillos de un mismo par tienen sus ejes dispuestos en un mismo plano vertical y son de diámetros diferentes, estando la posición del rodillo de menor diámetro (10¿, 11¿, ¿) alternadaalta/baja, cuando se pasa de un par de rodillos dado al par adyacente; - las cunas (40, 40¿; 41, 41¿; ¿) de sostenimiento de dos rodillos de un mismo par presentan una prolongación lateral (9, 9¿) hacia el centro cuya separación con la superficie lateral de dichos rodillos define una segunda fuga.
Description
Esclusa de estanqueidad para línea de depósito
bajo vacío sobre producto plano.
La presente invención se refiere a una esclusa
de estanqueidad mejorada de entrada y/o salida de una línea de
depósito de una capa delgada bajo vacío sobre un producto plano en
movimiento, preferentemente una banda de metal (acero al carbono,
inoxidable, etc.).
En el interior de una cámara de depósito bajo
vacío (presión del orden de 10^{-5} mbar) pueden ser utilizados
numerosos procedimientos: limpieza, depó-
sito(s), etc.
sito(s), etc.
En siderurgia y metalurgia, las líneas para
depósitos metálicos (metal puro, aleaciones, óxidos) u orgánicos
bajo vacío en continuo presentan un interés creciente por varias
razones.
En primer lugar, las mismas ofrecen una gran
facilidad de desarrollo de nuevos productos. Actualmente el
revestimiento de bandas de acero se limita industrialmente al
procedimiento de revestimiento en inmersión o al procedimiento de
electrólisis, que son procedimientos clásicos. El número de
productos así obtenidos es muy limitado. La industrialización de
líneas de depósito bajo vacío, cuyo principio está actualmente a
punto en línea piloto, permitiría concebir decenas de nuevos
productos.
En consecuencia, desde el punto de vista de la
protección del entorno, si bien el procedimiento de revestimiento
por inmersión es relativamente limpio, aparte de la producción de
matas, el procedimiento de electrólisis requiere unos tratamientos
químicos anexos tales como el filtrado, la regeneración, el
tratamiento de los barros, etc. En todos los casos, la preparación
de superficie produce unos efluentes a tratar en forma de baños y
barros. En el lado opuesto, el depósito bajo vacío que utiliza un
plasma o no es un procedimiento en seco. Es preciso únicamente
recuperar los desechos secos que provienen de la limpieza de las
superficies y las pérdidas de depósito.
Se conocen unas esclusas de estanqueidad
destinadas a aislar la cámara de depósito bajo vacío de los otros
elementos de la línea tales como la desarrolladora, arrolladora,
etc. La esclusa es un elemento cuyo control es muy importante para
la fase de industrialización. El estado de la técnica describe unas
realizaciones de esclusas (US-A-3
158 507, US-A-3 367 667,
US-A-3 467 399,
US-A-3 868 106,
US-A-4 501 428,
US-A-5 000114,
EP-A-0 535 568,
US-A-5 842 855,
US-A-5 865 932). La mayor parte de
estas realizaciones no han dado lugar a una industrialización
efectiva.
La mayor parte de las veces, a fin de evitarse
fugas que existen al nivel del punto débil que constituye la
esclusa de entrada o de salida, se evita la utilización de esclusas.
En el cristal, se efectúan unos depósitos en batch de planos de
dimensiones estándar. En el plástico, se adopta la solución del
bobinado en la misma cámara bajo vacío.
Un ejemplo de esclusa de entrada/salida 5 para
cámara de depósito bajo vacío está ilustrada en la figura 1. En
esta esclusa, 9 rodillos 10, 11, 12,…, están dispuestos al
tresbolillo y definen 7 subcámaras 20, 21, 22,… Cada una de las
subcámaras está conectada a un sistema de bombeo 3. El conjunto de
los sistemas de bombeo 3 permite obtener un vacío progresivo de
cámara en cámara 20, 21, 22,.., cuyo valor en la última subcámara
puede ir hasta 10^{-5} mbar. La disposición al tresbolillo es
favorable para la disminución del número de rodillos y para la
compacidad de la esclusa. Además, la banda forma un arco cuando
tiene lugar el paso por los rodillos, lo que asegura de hecho una
estanqueidad sobre la anchura de la banda, que está netamente
mejorada con respecto al entrehierro de rodillos simple. Así,
resulta tolerable una mayor separación entre dos rodillos.
Cada rodillo está además dispuesto en una cuna
solidaria de la pared horizontal, inferior o superior, según el
caso, de la cámara que está enfrentada del rodillo. En este punto,
la fuga está reducida a la separación o al juego entre el rodillo y
la cuna. Quedan también unas fugas entre los flancos de los rodillos
cilíndricos y las paredes laterales de la cámara.
Finalmente, a fin de asegurar el mantenimiento
de la estanqueidad en cada subcámara, es necesario que la presión
de contacto entre la banda y los rodillos que sirven para la
estanqueidad de una subcámara sea por lo menos igual a la
diferencia de las presiones entre dicha subcámara y su entorno. En
el caso contrario, hay un riesgo de despegado de la banda del
rodillo. Para evitar este problema, conviene aplicar a la banda una
tracción suficiente para absorber la diferencia de presión
existente entre dos subcámaras consecutivas.
Para la industrialización en el caso de un paso
continuo, deben resolverse un cierto número de problemas del estado
de la técnica. En primer lugar se plantea el problema de la
mantenibilidad de la herramienta. Debe poderse enfilar fácilmente
la banda en la esclusa. Además, la caja que constituye la cámara de
vacío tiene una altura limitada y por tanto una accesibilidad
pequeña. Conviene, en el estado de la técnica actual, por ejemplo
para controlar el estado de superficie de los rodillos, desmontar
completamente la cámara. Otro problema que existe está ligado a las
pérdidas de vacío ligadas a las fugas presentes en la esclusa, lo
que afecta las características de bombeo. Resulta de ello un
consumo eléctrico importante y una inversión grande en equipos de
bombeo.
El bajo valor o la ausencia de los intercambios
térmicos, por definición, en la parte bajo vacío de la caja no
implica ninguna dilatación de los rodillos por el lado del vacío. En
efecto, el único contacto de rugosidad es insuficiente para
asegurar la conducción térmica entre la banda caliente y los
rodillos situados por el lado del vacío. Por el contrario, una
dilatación de los rodillos se produce por el lado del aire por
intercambio térmico, que se propaga eventualmente a la envolvente
externa de la caja. Esta dilatación de los rodillos en su longitud
aumenta el riesgo de encallado por contacto de estos con las paredes
laterales de la cámara. La deformación no es en efecto seguida por
la parte externa de la caja situada por el lado del aire en la
medida en que ésta es solidaria de la parte situada por el lado del
vacío, que no se dilata.
La presente invención prevé proporcionar una
esclusa de estanqueidad de entrada/salida, para una línea de
depósito bajo vacío sobre un producto plano, que permite liberarse
de los inconvenientes del estado de la técnica.
La invención prevé en particular proporcionar
una esclusa de estanqueidad que pueda ser utilizada en una línea
continua de depósito bajo vacío sobre un producto plano metálico tal
como una banda de acero al carbono o inoxidable.
La invención tiene por objetivo complementario
proporcionar una esclusa de mantenibilidad fácil (enfilado de la
banda, acceso a los rodillos, etc).
La invención tiene también por objetivo
proporcionar una esclusa que permita obtener mejores prestaciones
de bombeo reduciendo al mismo tiempo el consumo eléctrico
correspondiente y minimizando los equipos necesarios.
La invención tiene también por objetivo prevenir
el riesgo de encallado de los rodillos asociado a la dilatación de
las piezas metálicas parcialmente bajo vacío.
Finalmente, la invención tiene por objetivo
prevenir el desgaste preferente de los rodillos provistos de un
revestimiento adicional de caucho.
Un primer objeto de la presente invención se
refiere a una esclusa de estanqueidad para una cámara de depósito
bajo vacío sobre una banda preferentemente metálica en paso
continuo, que presenta una tapa inferior y una tapa superior
amovibles, que comprende una pluralidad de pares de rodillos
metálicos entre los cuales pasa la banda y mantenidos en una cuna
fijada a la tapa que le está enfrentada con una separación que
define una primera fuga, definiendo dos pares de rodillos sucesivos
cualesquiera una subcámara mantenida a una presión determinada,
inferior a la presión atmosférica, por un grupo de bombeo conectado
a dicha cámara, caracterizada porque:
- -
- los rodillos están montados sobre unos cojinetes solidarios de dichas tapas y son también amovibles;
- -
- los rodillos de un mismo par tienen sus ejes dispuestos en un mismo plano vertical y son de diámetros diferentes, estando la posición del rodillo de menor diámetro alternada arriba/abajo, cuando se pasa de un par de rodillos dado al par adyacente;
- -
- las cunas de sostenimiento de dos rodillos de un mismo par presentan una prolongación lateral hacia el centro cuya separación con la superficie lateral de dichos rodillos define una segunda fuga.
Según una forma de realización preferida de la
invención, los rodillos de menor diámetro están recubiertos con un
cierto espesor de caucho o de
elastómero.
elastómero.
Ventajosamente, los rodillos de mayor diámetro
son unos rodillos cuya superficie de contacto con la banda es
metálica y define la línea de paso de la
banda.
banda.
Según una forma de realización también
preferida, dos rodillos de un mismo par están desalineados en la
dirección transversal con respecto al movimiento de la banda, de
manera que, en cada lado lateral de la esclusa, uno de los rodillos
presente un desbordamiento con respecto el otro rodillo.
De manera particularmente ventajosa, la
estanqueidad de cada subcámara de la esclusa está asegurada entre
la banda y la mesa de los dos rodillos por un pretensado del rodillo
recubierto de caucho sobre el rodillo de superficie metálica,
permitiendo a la vez el paso de la banda y el aplastamiento del
caucho o del elastómero alrededor de la banda.
Siempre ventajosamente, el ángulo de cambio de
dirección de la banda es determinado por la relación de los
diámetros de los rodillos de un mismo par y es inferior a 10º.
Una ventaja esencial de la invención es permitir
que la presión más baja que reina en una subcámara sea inferior a
10^{-4} mbar, preferentemente 10^{-5} mbar.
Preferentemente, la separación o el juego que
caracteriza la primera fuga es función de la anchura máxima de la
banda, mientras que el que caracteriza la segunda fuga es
esencialmente constante e inferior a 0,3 mm, preferentemente 0,2
mm.
Un segundo objeto de la presente invención se
refiere a una instalación de tipo línea de depósito bajo vacío de
una capa delgada metálica u orgánica sobre un producto metalúrgico o
siderúrgico plano en movimiento a una velocidad de por lo menos 10
m/min, preferentemente una banda de acero al carbono o inoxidable,
que comprende una esclusa de estanqueidad de entrada y/o salida tal
como la descrita anterior-
mente.
mente.
La figura 1, ya mencionada anteriormente,
representa una vista en sección de una esclusa de estanqueidad para
una cámara de depósito bajo vacío, según el estado de la
técnica.
La figura 2 representa una vista en sección
vertical y longitudinal de una esclusa de estanqueidad para una
cámara de depósito bajo vacío, según una forma de realización
preferida de la invención. La figura 2 muestra también las dos
tapas escamoteables.
La figura 3 representa una vista por encima de
la esclusa de estanqueidad para una cámara de depósito bajo vacío
de la figura 2.
La figura 4 representa una vista en sección
vertical y transversal de la esclusa de la figura 2.
Las figuras 2 y 3 representan un ejemplo de
esclusa de entrada/salida para cámara de depósito bajo vacío según
la presente invención. La banda metálica 1 penetra en la esclusa por
la izquierda y sale de ella por la derecha. En el caso del ejemplo,
la cámara 5 presenta 4 pares de rodillos enfrentados 10, 10', 11,
11', … entre los cuales está enfilada la banda. Dichos pares de
rodillos delimitan unas subcámaras 20, 21, 22, …, en cada una de
las cuales reinan unas presiones diferentes, y que van sucesivamente
decreciendo para una esclusa de entrada por ejemplo. En el caso de
una esclusa de salida, la situación que prevalece es la inversa.
Según la invención, a fin de asegurar la
mantenibilidad de la cámara y el acceso a los rodillos, se prevé
que los cojinetes de los rodillos 30, 30',… sean escamoteables y
solidarios de la tapa inferior 6 o superior 7 de la cámara, según
la posición, respectivamente baja o alta, del rodillo considerado.
Se prevé también que se puedan separar suficientemente en un plano
vertical las dos tapas 6 y 7, por medio de gatos (no representados).
Así, cuando tiene lugar una operación de mantenimiento, se puede
acceder fácilmente a los rodillos o a los cojinetes. Otra ventaja
reside en la facilidad de enfilado de la banda.
Un cierto número de elementos han sido ideados
para mejorar la estanqueidad de la cámara al nivel de cada par de
rodillos.
En primer lugar, el rodillo de menor diámetro
10', 11', 12',… está provisto, por lo menos en toda su superficie
de contacto, de un recubrimiento de caucho o elastómero. Así, para
cada par de rodillos, el rodillo metálico determina la línea de
paso de la banda, mientras que la posición del rodillo recubierto de
caucho es ajustada inicialmente para que éste presione
suficientemente sobre el rodillo metálico correspondiente,
deformándose al nivel del caucho, para encajar con el perfil de la
banda (ver figura 4). Así, gracias al aplastamiento de la banda
entre el caucho y el rodillo metálico desnudo, la estanqueidad está
asegurada en la superficie de la banda, en toda su anchura, y al
nivel de los costados laterales de la banda.
Ventajosamente, se puede prever que los rodillos
10, 10',… presenten unos diámetros diferentes alternativamente a
cada lado de la banda 1 (por ejemplo 300 y 250 mm respectivamente).
Así, la banda adopta un camino no rectilíneo (quebrado de la línea
de paso). Concentrándose el desgaste sobre el mayor ángulo de
contacto, se minimiza el del rodillo recubierto de caucho. Sin
embargo, por el hecho de que los rodillos están alineados por pares
y que la banda es presionada entre ellos, se beneficia de la ventaja
de que no hay lugar a preocuparse por una tensión de \DeltaP
entre la atmósfera y la primera subcámara de vacío, lo que permite
bombear más en esta última. Además, la tracción ejercida sobre la
banda no es crítica para el mantenimiento de la estanqueidad de las
diferentes subcámaras de vacío a la altura de la banda.
Además, los rodillos son sostenidos por el lado
de la tapa 6, 7 que les está enfrentada en una cuna 40, 40', 41,
41',… esta disposición permite minimizar la fuga, dependiendo entre
otros del juego entre la cuna y el rodillo, como será explicado a
continuación.
En efecto, según la invención, los problemas de
fuga y de dilatación térmica al nivel de las paredes laterales
están resueltos:
- -
- por una parte prolongando las cunas superior (40', …) e inferior (40, …) de los rodillos lateralmente, por un retorno hacia el centro (9, 9'), tal como se ha representado en la figura 4, y
- -
- por otra parte, desplazando los rodillos de cada par (10, 10', …) uno con respecto al otro en la anchura de la cámara.
Así, según la cara lateral, cada uno de los dos
rodillos presenta un desbordamiento con respecto al otro rodillo e
inversamente. Esta disposición permite el posicionado de la cuna
modificado (40, 40',…) tal como se ha descrito anteriormente. Se
observará que por construcción la cuna modificada no se encuentra
transversalmente en el mismo lado para los dos rodillos. En cada
rodillo, el cojinete correspondiente a la cuna modificada tiene una
doble función:
- -
- absorción de la dilatación térmica del cilindro considerado;
- -
- mantenimiento de un juego lateral constante, es decir independiente de dicha dilatación, o, enunciado de forma equivalente, independiente de la longitud efectiva de los rodillos. La fuga lateral, es decir tomada a lo largo de la superficie lateral del rodillo es por tanto independiente de la dilatación térmica. La estanqueidad no se realiza ya sobre el flanco sino sobre la mesa del rodillo.
Para regímenes de flujos laminar y molecular,
conviene alargar lo más posible el camino del gas al nivel de la
cámara. En régimen molecular, las bombas deben estar lo más cerca
posible de la fuente y las secciones 8 las más importantes posibles
(figuras 3 y 4).
Las características de mejora de la esclusa para
cámara de depósito bajo vacío según la invención presentan por
tanto las ventajas siguientes:
- -
- la mantenibilidad se hace más fácil y menos costosa gracias a la utilización de bancos de rodillos escamoteables;
- -
- las prestaciones de bombeo están mejoradas y por tanto, reducidos el consumo de energía eléctrica y las inversiones en equipo, a consecuencia de la mejora de la estanqueidad (desalineación de los rodillos de un mismo par, deformación de los rodillos recubiertos de caucho);
- -
- los problemas de dilatación diferencial de las piezas metálicas debidos a la puesta bajo vacío están resueltos por la adopción de cunas modificadas en forma de zócalos que sostienen el cojinete y prolongadas en forma de un anillo que recubre parcialmente la mesa así como por la desalineación de los rodillos;
- -
- la adopción de diámetros diferentes para los rodillos permite favorecer el desgaste del rodillo metálico y minimizar el del polímero.
Claims (10)
1. Esclusa de estanqueidad (5) para una
cámara de depósito bajo vacío sobre una banda, preferentemente
metálica, en paso continuo (1), que presenta una tapa inferior (6) y
una tapa superior (7) amovibles, que comprende una pluralidad de
pares de rodillos metálicos (10, 10'; 11, 11',…) entre los cuales
pasa la banda (1) y mantenidos en una cuna (40, 40'; 41, 41';…)
fijada a la tapa (6, 7) que le está enfrentada con una separación
que define una primera fuga, definiendo dos pares de rodillos
sucesivos cualesquiera una subcámara (20, 21, 22, …) mantenida a
una presión determinada, inferior a la presión atmosférica, por un
grupo de bombeo (3) conectado a dicha cámara, caracterizada
porque:
- -
- los rodillos están montados sobre unos cojinetes (30, 30', …) solidarios de dichas tapas (6, 7) y son también amovibles;
- -
- los rodillos de un mismo par tienen sus ejes dispuestos en un mismo plano vertical y son de diámetros diferentes, estando la posición del rodillo de menor diámetro (10', 11',…) alternada alta/baja, cuando se pasa de un par de rodillos dado al par adyacente;
- -
- las cunas (40, 40'; 41, 41'; …) de sostenimiento de dos rodillos de un mismo par presentan una prolongación lateral (9, 9') hacia el centro cuya separación con la superficie lateral de dichos rodillos define una segunda fuga.
2. Esclusa de estanqueidad según la
reivindicación 1, caracterizada porque los rodillos de menor
diámetro (10', 11', …) están recubiertos con un cierto espesor de
caucho o de elastómero.
3. Esclusa de estanqueidad según la
reivindicación 2, caracterizada porque los rodillos de mayor
diámetro (10, 11, …) son unos rodillos cuya superficie de contacto
con la banda (1) es metálica y define la línea de paso de la
banda.
4. Esclusa de estanqueidad según cualquiera de
las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque dos rodillos
de un mismo par están desalineados en la dirección transversal con
respecto al movimiento de la banda, de manera que, a cada lado
lateral de la esclusa, uno de los rodillos presente un
desbordamiento con respecto al otro rodillo.
5. Esclusa de estanqueidad según la
reivindicación 4, caracterizada porque la estanqueidad de
cada subcámara de la esclusa está asegurada entre la banda y la
mesa de los dos rodillos por un pretensado del rodillo recubierto
de caucho sobre el rodillo de superficie metálica, que permite a la
vez el paso de la banda y el aplastamiento del caucho o del
elastómero alrededor de la banda.
6. Esclusa de estanqueidad según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
ángulo de cambio de dirección de la banda es determinado por la
relación de los diámetros de los rodillos de un mismo par y es
inferior a 10º.
7. Esclusa de estanqueidad según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
presión más baja que reina en una subcámara (20, 21, 22, …) es
inferior a 10^{-4} mbar, preferentemente 10^{-5} mbar.
8. Esclusa de estanqueidad según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
separación que caracteriza la primera fuga es función de la anchura
máxima de la banda.
9. Esclusa de estanqueidad según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
separación que caracteriza la segunda fuga es esencialmente
constante e inferior a 0,3 mm, preferentemente 0,2 mm.
10. Instalación de tipo línea de depósito bajo
vacío de una capa delgada metálica u orgánica sobre un producto
metalúrgico o siderúrgico plano en movimiento a una velocidad de por
lo menos 10 m/min, preferentemente una banda de acero al carbono o
inoxidable, que comprende una esclusa de estanqueidad (5) de entrada
y/o de salida según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
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