KR100781441B1 - 코팅장치 - Google Patents

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반트-찡크 게엠베하
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Abstract

비자성 재료의 용해물 내에서 금속밴드(12)를 코팅하기 위한 코팅장치는 금속밴드(12)를 안내하기 위해 용해물(14) 내에서 회전가능한 샤프트(16)를 포함한다. 상기 샤프트(16)는 고정 베어링부(281)에 캡슐화되는 마그네틱 베어링인 샤프트 베어링(261) 내에서 지지된다. 따라서, 금속 용해물 내에서 비접촉으로 샤프트 지지가 이루어지며, 베어링 마모가 현저히 줄어들고 베어링의 사용수명이 연장된다.
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Description

코팅장치{A coating device}
본 발명은 비자성체의 용해물에서 금속밴드(metal band)를 코팅시키기 위한 코팅장치에 관한 것이다.
예를 들어, 금속밴드를 코팅시키는 코팅장치는 금속밴드와 금속판에 전기를 통하게 하기 위하여 사용된다. 이를 이루기 위해서, 금속밴드는 약 450℃의 아연 용해물을 통과하도록 당겨진다. 금속밴드는 아연 용해물 내부 아래로 계속해서 강하하고, 용해물 내에서 회전 샤프트에 의해 상측으로 편향되며, 상기 아연 용해물로부터 상측 외부로 이동한다. 용해물내에서, 샤프트는 큰 힘과, 아연 용해물의 높은 온도, 아연 용해물의 화학적 반응 때문에, 높은 내구력을 나타내는 오픈 슬라이딩 베어링(open sliding bearings)에 지지된다. 중단없이 작동하는 코팅장치에서, 슬라이딩 베어링이 교체되어야 하는 양만큼 마모되기까지는 단 며칠만이 소요된다. 가이드 롤러의 두 베어링을 교체하는 것은 몇 시간이 걸리며, 이는 1 내지 2억 독일 마르크 가치의 코팅 장치에서 중요한 비용 요인이 된다.
본 발명의 목적은 용해물 내에서 회전가능한 샤프트의 작동수명을 늘리는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 목적은 청구항 1의 특징으로 해결된다.
본 발명에 따른 코팅 장치에서, 샤프트 베어링은 고정된 베어링부가 캡슐화되는 마그네틱 베어링이다. 마그네틱 베어링은 베어링부내의 샤프트의 샤프트 스터브(shaft stub)를 비접촉으로 지지한다. 비접촉 베어링 때문에, 고정된 베어링부와 샤프트 스터브의 기계적 마모는 최소화된다. 슬라이딩 베어링 이외에, 베어링부의 코팅은 마모의 최소화를 위하여 최적화될 필요는 없으나, 금속 용융에 대해 높은 저항을 나타내는 코팅으로 제공될 수 있다. 이후, 예를 들어 450 내지 470℃의 작업온도에서, 아연 용해물은 산성물질과 같이 작용하며, 더 이상 현저한 마모, 부식이 되지 않도록 하는 샤프트 베어링의 내산성 코팅은 샤프트 베어링에서 충분히 줄어든다. 따라서, 비접촉 베어링은 크게 베어링부의 기계적 마모를 피할 수 있으며, 이에 베어링부에 대한 절약적인 내산성 코팅의 사용을 가능하게 하고 부식을 줄인다. 이러한 두 효과로 인하여, 샤프트 베어링의 작동수명은 슬라이딩 베어링의 작동수명에 비하여 몇 배로 길어진다. 마그네틱 베어링 사용시 아연 용해물 내에서 마그네틱 샤프트 베어링의 작동수명은 몇 주 정도로 증가될 수 있다.
개방된 연속적인 틈은 캡슐화된 고정 베어링부와 샤프트의 샤프트 스터브의 사이에 위치되어서, 샤프트 스터브는 고정 베어링부에 플로팅 상태로 구속될 수 있고 샤프트 스터브는 고정 베어링부에 접촉하지 않는다. 그러므로 샤프트는 매우 작은 저항으로 회전한다. 자기장이 고정 베어링부와 샤프트 스터브 사이의 이어진 틈에서 실드되지 않아야 하기 때문에, 마그네틱 베어링은 아연과 같은 비자성 금속의 용해물에서의 사용에 대해서만 안정적이다.
고정 베어링부의 캡슐로서, 비자성 및 내열성의 재료의 베어링 하우징은 용융점이 600℃ 이상인 것이 사용된다. 예를 들어, 캡슐은 스테인리스 스틸 하우징으로 구현될 수 있다.
바람직하게, 베어링 하우징은 고정 베어링부의 자성적 요소를 냉각시키는 냉각 가스와 함께 제공된다. 일반적으로, 자성적 요소는 낮은 작업온도에서 보다 높은 효율을 나타내고 낮은 작업온도에서 보다 강한 자기장을 형성시키는 솔레노이드이다. 게다가, 하우징은 가스가 새는 것을 감지하기 위한 가스압력센서를 구비한다. 예를 들어, 이는 베어링 하우징 내에서 가스압력을 감지하는 압력센서가 될 수 있다. 베어링 하우징 내의 압력 강하는 베어링 하우징내에서 누설을 암시하기 때문에 베어링 하우징에 대한 손상은 곧 감지될 수 있으며 보다 큰 손상을 피할 수 있다. 냉각 가스는 압력하에서 베어링 하우징 내로 공급되어서 베어링 하우징의 누설을 가능한 방지하며, 이에 금속 용해물이 베어링 하우징 내로 유입되는 것을 방지하여 마그네틱 베어링에 대한 중요한 손상을 방지할 수 있다.
바람직하게, 샤프트는 아연 용해물 내에 금속밴드를 편향시키거나 안내하기 위한 담금 롤러이다. 또한, 샤프트는 금속밴드의 정확한 위치 또는 밴드 장력을 제어하기 위하여 가이드 롤러로 구현될 수 있다.
바람직한 실시예로, 샤프트 베어링은 비상작동하는 세라믹 삽입물을 갖는다. 세라믹 삽입물은 베어링 하우징의 내부면에 부착되며, 고정 베어링부의 자성적 요소가 감퇴시 샤프트의 샤프트 스터브는 세라믹 삽입물 상에서 작동한다. 세라믹 삽입물보다 소프트한 샤프트의 샤프트 스터브만 마모되거나 손상될 수 있다. 그 후, 샤프트 스터브는 수리되거나 간단한 방법으로 교체될 수 있다. 따라서, 샤프트 베어링은 비상시 마그네틱 베어링의 고장에 의해 보다 큰 손상을 피하도록 하는 작동 특성을 갖는다.
바람직한 실시예로, 샤프트의 샤프트 스터브 및 베어링 하우징 중 하나 이상은 텅스텐 카바이드 레이어 또는 세라믹 레이어로 제공된다. 두 코팅은 산성 물질에 대해 높은 내성을 제공하고 아연 용해물과 같은 높은 산성의 금속 용해물에 의한 부식에 대해 좋은 보호특성을 제공한다.
바람직하게, 샤프트의 샤프트 스터브는 마그네틱 재료로 만들어지며, 고정 베어링부는 베어링부 내에서 샤프트 스터브를 비접촉으로 구속하는 자기장을 발생시키는 자성적 요소로 이루어진다. 자성적 요소는 솔레노이드가 될 수 있다. 솔레노이드는 자기장의 세기가 제어될 수 있도록 하는데 이점이 있다. 따라서, 자기장의 세기는 장력, 회전수 등에 대해 주어진 상태에 따라 적용될 수 있다. 그러므로 샤프트 스터브와 베어링 하우징 사이의 간격은 전 범위에서 대체로 일정하게 유지될 수 있다.
바람직하게, 샤프트 베어링은 자성적 요소 또는 구성요소가 샤프트 스터브에 관해 방사상으로 배열되는 방사 베어링으로 설계된다. 게다가, 샤프트 베어링은 추가적으로 샤프트 스터브의 축으로 배열되는 하나의 자성적 요소로 축 베어링으로 설계될 수 있다. 이러한 방법으로, 샤프트는 방사상 그리고 축 방향에서 모두 비접촉으로 지지된다.
바람직한 실시예로, 고정 베어링부에서 샤프트 스터브의 방사상 위치 및 축방향 위치 중 하나 이상을 감지하기 위한 센서가 구비된다. 센서에 의해 감지되는 베어링부에서의 스터브의 위치에 따라, 제어부는 자성적 요소에 의해 발생되는 자기장의 크기를 제어한다. 그러므로 베어링 하우징과 샤프트 스터브 사이의 간격은 일정하게 유지된다. 센서에 의해 즉시 감지될 수 있는 높이 간격에서의 편차는 자성적 요소를 대응적으로 제어함으로서 보상될 수 있다.
바람직하게, 베어링부는 복수의 자성적 요소로 이루어지고, 샤프트 스터브는 샤프트가 샤프트 스터브의 폴 슈를 통과하도록 회전부를 형성하는 폴 슈(pole shoes)와 자성적 요소로 이루어진다. 선택적으로, 샤프트는 서로 전기적으로 연결되고 길이방향을 따라 샤프트에서 다수개의 절연된 구리 리드로 배열되는 농형 전동기(squirrel cage motor)로 설계될 수 있다. 여기서, 샤프트는 일반적으로 샤프트에 의해 안내되는 금속밴드의 밴드 속도에 가까운 주위 속도로 구동된다. 그러므로 금속밴드와 샤프트 사이의 미끄러짐이 방지되고, 녹은 금속과 함께 금속밴드의 코팅은 보다 균일하고 더욱 흠이 없다.
바람직한 실시예로, 샤프트 베어링은 가열장치를 구비한다. 샤프트 스터브가 베어링 하우징으로부터 이동될 때까지 베어링 하우징과 샤프트 스터브 사이의 주위 간격에서 용융된 금속이 액체로 유지되는 금속 용해물로부터 이동된 이후에도, 높은 온도 상에서 샤프트 베어링을 유지시키도록 하는 것이 가열장치의 목적이다.
바람직한 실시예로, 베어링부는 그 주위에 등거리로 배치되는 네 개의 자성적 요소로 이루어진다. 코팅장치가 작동하는 동안 샤프트상에 작용하는 힘의 합력은 두 자성적 요소 사이에 정확히 놓이게 되며, 즉 두 자성적 요소에 대하여 45°에 놓인다. 샤프트에 작용하는 힘은 항상 자성적 요소 사이의 안정적인 위치에 샤프트를 놓이게 한다. 주위에 걸쳐 배치되는 네 개 이상의 자성적 요소를 구비하는 것이 예상 가능하다.
도 1은 아연 용해물에서 편향 샤프트와 가이드 샤프트로 이루어지는 본 발명에 따른 코팅장치를 나타낸 입면도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1과 도 2의 코팅장치의 편향 샤프트의 마그네틱 베어링의 일부 확대도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 코팅장치(10)의 일측면의 개략도이다. 금속밴드(12)는 금속밴드(12)의 표면에 아연의 얇은 층을 제공하도록 아연의 용해물(14)을 통과하여 안내된다. 아연 용해물(14)은 450 내지 470℃의 온도를 가진다. 금속밴드(12)는 수평에 대해 30°내지 40°의 각도로 아연 용해물 내로 안내되고 제 1 회전 샤프트(16)를 지나 용해물(14) 내에서 상측으로 향하게 되며, 금속밴드(12')는 아연 용해물(14)로부터 상측 수직방향으로 안내된다. 제 1 샤프트(16)에 대하여 금속밴드(12, 12')의 접촉각은 120 내지 135°이다. 금속밴드(12)의 장력은 1.0 내지 5.0t 이다.
아연 용해물(14)에 대해 수직으로 잠긴 금속밴드(12')는 금속밴드(12')의 수평 플래핑(flapping)을 둔화시키기 위해 아연 용해물(14) 내에 있는 제 2 샤프트(18)로 폭 전체에 대해 접촉된다. 제 2 샤프트(18)는 회전축으로 지지되는 이동 가이드 암(20)의 일측에 결합되고, 회전축 이동은 대응되는 제동 요소에 의해 둔화된다. 게다가, 가이드 암(20)과 제 2 샤프트(18)는 금속밴드(12') 쪽으로 치우치게 된다. 두 샤프트(16, 18)는 용해물(14) 내에 잠긴다.
아연 용해물(14)로부터 수직으로 벗어나는 금속밴드(12')의 두 측면상에, 가스흐름이 금속밴드(12')의 양측면에 적용되도록 가스노즐(22, 24)이 구비된다. 금속밴드(12') 상의 액체 아연 층이 가스의 타격으로 일정한 층의 두께로 얇아진다.
제 1 샤프트(16)는 두 회전축 암(171, 172)에 의해 아연 용해물 내에 위치된다. 내구력을 보상하기 위한 보수 및 수리의 목적으로, 샤프트(16)는 아연 용해물(14)로부터 꺼내어질 수 있다. 또한, 가이드 샤프트(18)를 가진 가이드 암(20)도 이러한 목적으로 용해물(14)의 외부로 꺼내어질 수 있다. 암(171, 172, 20)은 가로 이동부분을 교체하는 목적으로 용해물(14)로부터 꺼내어질 수 있다.
도 2를 참조하여 명확히 설명하면, 회전축 암(171, 172)의 잠긴 끝단에는 샤 프트 베어링(261, 262)이 제공되며, 편향 샤프트(16)는 회전축 암(171, 172)에 회전가능하게 지지된다. 두 샤프트 베어링(261, 262)은 고정 베어링부(281, 282)와, 기계강과 같은 자성적 재료의 샤프트(16)의 두 샤프트 스터브(301, 302)가 캡슐로 형성된 마그네틱 베어링이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고정 베어링부(281)는 비자성 재료, 즉 1.4571 또는 1.4404 스테인리스 스틸로 된, 액밀(liquid-tight) 베어링 하우징(32)이다. 총 다섯 개의 솔레노이드(341 내지 344, 36)가 베어링 하우징(32) 내에 고정된다. 샤프트 스터브(301)에 대해 방사상으로 배치되는 네 개의 솔레노이드(341 내지 344)는 서로에 대해 90°각도로 각각 배열되고 샤프트(16) 상에 작용하는 모든 힘의 합력에 대해 약 45°로 배열된다.
자성적 요소(341 내지 344, 36)는 제어부(38)와 증폭기(40)에 의해 제어되며, 샤프트 스터브(301, 302)는 베어링 하우징(32)에 의해 형성되는 원형 실린더 공간에 플로팅된 상태로 구비된다. 주위로 확장된 틈(42)은 샤프트 스터브(301)와 베어링 하우징의 사이 간격을 유지하며, 틈에는 아연 용해물로 채워진다. 아연은 비자성 금속이기 때문에, 주위로 확장된 틈(42)에 있는 아연 용해물은 솔레노이드(341 내지 344, 36)에 의해 발생된 자기장에 영향을 주지 않는다.
베어링 하우징(32)의 실린더 형태의 홈(41)의 상부 절반에는 세라믹 삽입물(44)이 설치고정되어, 자성적 요소(34, 36)의 고장시, 샤프트 스터브(301)가 스테인리스 스틸로 이루어진 베어링 하우징 벽(32)을 마모시켜 아연 용해물이 베어링 하우징(32)으로 들어가게 되는 것을 방지한다. 또한, 세라믹 삽입물은 컵 형태로 될 수 있고 홈(41) 전체를 채울 수도 있다.
베어링 하우징(32) 내부에는 베어링 하우징(32)에 대해 샤프트 스터브(301) 또는 샤프트(16)의 축방향 위치와 방사상 위치를 결정하는 복수 개의 거리센서(46, 48)가 배치된다. 감지신호를 분석하고 그에 따라 솔레노이드를 제어하는 제어부(38)와 센서(46, 48)는 전선으로 연결된다.
샤프트 스터브(301)는 폴 슈(52)가 상승된 부분 내에 형성되도록 다섯 개의 방사홈(50)을 구비한다. 제어부를 통하여, 샤프트 스터브(301) 상에 토크가 전달되어 샤프트를 회전시키도록, 방사상으로 배치된 솔레노이드(34)에 의해 회전부가 발생된다. 작동중에, 샤프트(16)는 분당 약 25∼200 회전으로 구동된다.
도 2를 참고하여 설명하면, 코팅장치(10)의 가스공급기는 가스냉각기(60)가 구비된 가스탱크(58)이다. 사용되는 가스는 질소이다. 가스탱크(58)로부터 냉각된 질소가스는 가스펌프(61)에 의해서 가스라인(621, 622)에서 베어링 하우징(281 , 282)으로 공급되고, 복귀되는 가스라인(641, 642)을 통하여 가스탱크(58)로 반환된다. 베어링 하우징에서, 질소가스는 효율을 향상시키기 위하여 주로 솔레노이드(34, 36)를 냉각시킨다.
베어링 하우징(32) 내의 압력센서(66)는 베어링 하우징(32) 내의 내부 가스압력을 계속적으로 측정한다. 예를 들면 베어링 하우징 내의 누설로 인한 압력 강하의 경우, 알람이 즉시 발생되며, 샤프트 베어링(281, 282)은 가능한 한 빨리 아연 욕조로부터 들어 올려진다. 펌프(61)는 질소가스의 압력을 증가시킬 수 있어서, 베어링 하우징에서의 누설을 통해 질소가스가 외부로 새어나가서 아연 용해물이 유입되는 것을 방지한다.
컵 형태의 홈(41)의 주변에서, 베어링 하우징(32)에 가열부(도면 미도시)가 제공되며, 가열부는 아연 용해물로부터 샤프트 베어링(26)이 피벗 회전될 때 홈(41)으로부터 아연 용해물이 이동할 정도로 오랫동안, 또는 샤프트 베어링(26)이 분리될 때까지 샤프트 베어링(261, 262)을 따뜻하게 유지시킨다.
시동 전에, 틈(42)에는 장치를 시작하기 전에 샤프트 스터브(30)에 주입되고 샤프트 스터브(301)와 베어링 하우징(32) 사이의 틈(42)을 채우는 낮은 용융점을 가지는 금속으로 된 금속 슬리브가 제공된다. 장치의 시동 후에, 슬리브는 솔레노이드(34)가 이미 작동하고 있는 동안 뜨거운 아연 용해물 내에서 녹을 것이다. 슬리브의 사용으로, 샤프트 스터브(301)는 이미 시동시 고정 베어링부(261, 262)내에서 중심이 되고, 슬리브는 샤프트 스터브(301)와 하우징(32) 사이의 틈(42)을 드러내도록 시동 후에 녹을 것이다.
샤프트 베어링(261, 262)의 비접촉 설계에 의해, 샤프트(16)는 상당한 길이 확장임에도 불구하고 항상 중심에 위치될 수 있다.
또한, 가이드 롤러(18)는 대응되는 마그네틱 베어링에 의해 비접촉으로 지지된다.
편향 롤러(16)와 가이드 롤러(18)의 비접촉 지지에 의하여, 베어링의 모든 부분에 대하여 저가이면서 내산성인 재료 및 코팅의 사용이 가능하게 된다. 그러므로 4주 또는 그 이상의 유지가 가능하며, 손해가 많이 발생하는 셧다운 시간을 실질적으로 줄인다. 마그네틱 베어링은 비자성 재료에 대한 코팅에서만 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 금속밴드(12)를 안내하기 위해 용해물(14) 내에서 회전가능한 샤프트(16)와; 상기 샤프트(16)를 지지하기 위한 하나 이상의 샤프트 베어링(261, 262)을 포함하는 비자성 금속의 용해물에서 금속밴드(12)를 코팅하는 코팅장치에 있어서,
    상기 샤프트 베어링(261, 262)은 고정 베어링부(281, 282)가 캡슐에 보호되는 마그네틱 베어링인 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 베어링부(281, 282)의 캡슐은 600℃ 이상의 용융점을 가진 비자성 및 내고온 재료로 된 베어링 하우징(32)인 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 베어링 하우징(32)에 상기 고정 베어링부(281, 282)의 자성적 요소(341 내지 344, 36)를 냉각시키기 위한 냉각가스가 공급되도록 하는 가스공급기(58 내지 64)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 베어링 하우징(32)은 가스의 누설 유동을 감지하기 위한 가스압력센서(66)를 수용하는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 베어링(261, 261)은 세라믹 삽입물(44)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트(16)의 샤프트 스터브(301, 302) 및 베어링 하우징(32) 중 하나 이상은 텅스텐 카바이드 또는 세라믹 코팅으로 제공되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 샤프트(16)의 샤프트 스터브(301, 302) 및 베어링 하우징(32) 중 하나 이상은 자성 재료로 이루어지고, 고정 베어링부(281, 282)는 자기장을 발생시키는 자성적 요소(341 내지 344, 36)를 포함하며, 상기 샤프트 스터브(301, 302)는 상기 고정 베어링부(281, 282) 내에 비접촉으로 유지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자성적 요소(341 내지 344, 36)는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 샤프트 베어링(261, 262)은 방사형의 베어링이고, 상기 자성적 요소(36)는 상기 샤프트 스터브(301, 302)의 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 샤프트 베어링(261, 262)은 축 베어링이며, 상기 자성적 요소(36)는 상기 샤프트 스터브(301, 302)의 축방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 고정 베어링부(281, 282) 내에 샤프트 스터브(301, 302)의 방사상 위치 및 축방향 위치 중 하나 이상을 감지하기 위한 센서(46, 48)가 구비되고, 상기 센서(46, 48)에 의해 감지되는 고정 베어링부(281, 282) 내의 스터브(301, 302)의 위치에 따라 자성적 요소(341 내지 344, 36)에 의해 발생되는 자기장의 세기를 제어하는 제어부(38)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 고정 베어링부(281, 282)는 방사상으로 배치되는 다수개의 자성적 요소(341 내지 344)를 포함하고, 상기 샤프트 스터브는 폴 슈(52)를 포함하며, 상기 자성적 요소(341 내지 344)는 샤프트 스터브(301, 302)를 통과하여 샤프트(16)를 구동시키는 회전 필드를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 베어링은 상기 샤프트 베어링을 가열하기 위한 가열장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 고정 베어링부(281, 282)는 원주에 걸쳐서 등간격으로 배치되는 네 개 이상의 자성적 요소(341 내지 344)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트(16)는 아연 용해물(14) 내에 잠긴 롤러인 것을 특징으로 하는 코팅장치.
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