Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrolle für eine elektrolytische Bandbeschichtungsanlage.
Eine Stromrolle hat allgemein die Aufgabe, den von Beschichtungsanoden auf ein Band übergehenden Strom wieder zu einem Gleichrichter zurückzuführen. Man unterscheidet dabei Stromrollenanordnungen für horizontalen und vertikalen Bandlauf.
Im ersten Fall wird das zu beschichtende Band horizontal durch eine Beschichtungszelle geführt, wobei die Stromrollen vor und hinter der Zelle angeordnet sind, von oben oder unten auf dem Band aufliegen und mit Hilfe einer gummierten Gegenrolle eine Linienpressung auf das Band ausüben. Bei einer der Bandgeschwindigkeit entsprechenden Rollenumfangsgeschwindigkeit wird über den Linienkontakt zwischen Band und Stromrolle der Strom vom Band auf die Stromrolle übertragen und von dieser über Schleifringsysteme zum Gleichrichter zurückgeführt.
In vertikalen Beschichtungssystemen wird das zu beschichtende Band nach Austritt aus der Beschichtungszelle über Stromrollen, die gleichzeitig auch Umlenkrollen sind, um 180° umgelenkt, damit das Band in die nächstfolgende Beschichtungszelle eintreten kann. Über die entstehende Auflagefläche zwischen Band und Stromrolle fließt der Strom vom Band in die Stromrolle und von hier über Schleifringsysteme wieder zum Gleichrichter zurück. Die Stromrolle hat in diesem Fall nicht nur Stromübertragungs-, sondern auch Bandführungsaufgaben. Wegen der Biegesteifigkeit der Bänder, aber auch wegen der relativ großen Abstände der Beschichtungszellen zueinander, ist die Stromrolle für Vertikalanlagen verhältnismäßig groß im Durchmesser auszuführen.
Aufgrund des inneren elektrischen Widerstandes erwärmt sich die Stromrolle und nimmt im Durchmesser entsprechend zu. Eine weitere Wärmequelle ist das umschlungene Band, welches sich ebenfalls durch den inneren elektrischen Widerstand erwärmt. Bei Bandstärken im Bereich unter 1 mm Banddicke kann die Bandtemperatur Werte über 100 °C erreichen, mit entsprechender Aufwärmung der Stromrolle.
Aus diesen Gründen erhalten Stromrollen in der Regel eine innere Kühlung, deren Aufgabe es ist, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Stromrollenlänge sicherzustellen. Hierdurch soll vermieden werden, daß unterschiedlich warme Abschnitte zu unterschiedlichen Durchmessern über die Ballenlänge führen. Dies hätte nämlich zur Folge, daß die Bandführung nicht mehr gewährleistet ist und es erfahrungsgemäß auch zu einer Qualitätsminderung der beschichteten Oberflächen kommt.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen hinsichtlich der Stromrollenkühlung bekannt.
In einem Fall ist die Stromrolle im Prinzip als runder Hohlkörper ausgebildet, dessen äußerer Mantel aus einem säurefesten und stromleitenden Metall besteht. Der Hohlkörper ist teilweise oder vollständig mit Kühlwasser gefüllt, wobei über einen Rollenzapfen kaltes Wasser ein- und über den anderen Zapfen erwärmtes Wasser abgeführt wird. Diese Lösung ist die preiswerteste, hat aber folgende Nachteile:
Durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zur inneren Wand ist der Wärmeübergang bei voll gefüllter Rolle gering.
Ferner erhöht die zusätzliche Wassermasse das Schwungmoment der Rolle und behindert dadurch die Antriebsregelung. Auch kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Ballenlänge nicht gewährleistet werden.
Eine andere bekannte Lösung sieht vor, den Hohlraum mit Verdrängungskörpern weitgehend auszufüllen, wodurch die latente Wassermasse im Innern der Stromrolle zwar verkleinert wird, jedoch nach wie vor das Problem der unkontrollierbaren Kühlung bestehen bleibt.
Es ist eine weitere Lösung bekannt, mit der die vorerwähnten Nachteile vermieden werden. Hierzu sind in einen konzentrischen Spalt zwischen dem äußeren Stromrollenmantel aus Edelstahl und einem inneren Zylinder aus Normalstahl enggewickelte Kupferrohre eingelegt, durch die das Kühlwasser mit hoher Strömungsgeschwindigkeit strömt. Zur Vermittlung des Wärmeüberganges zwischen dem äußeren Mantel und den Kupferrohren ist der verbleibende Hohlraum mit Zinkmetall ausgegossen.
Mit dieser Lösung wird zwar eine kontrollierbare und gleichmäßige Wärmeabführung gewährleistet, jedoch sind die Fertigungskosten bedeutend höher als bei den zuvor beschriebenen Lösungen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß nach mehrmaligem Abschliff des Rollenmantels infolge Verschleiß die Erneuerung der Rolle nur in einer Spezialwerkstatt erfolgen kann, indem z.B. ein neuer Mantel hergestellt und auf den zuvor auf Maß abgedrehten alten Mantel aufgeschrumpft wird. Ein einfacher Austausch des abgenutzten Rollenmantels ist nicht möglich. Folglich müssen bei Betreibern von Beschichtungsanlagen eine größere Anzahl von teuren Stromrollen in Reserve gehalten werden.
Aus der US - A - 2 526 312 ist eine Stromrolle für eine elektrolytische Bandbeschichtungsanlage bekannt, wobei die Stromrolle eine Rollenachse aufweist, wobei die Stromrolle einen Rollenmantel mit einer inneren und einer äußeren Mantelfläche und zwei im wesentlichen zylindrische Grundkörper aufweist, wobei die Grundkörper Zylinderflächen, einander zugewandte und voneinander abgewandte Seiten aufweisen. Die Grundkörper sind mit dem Rollenmantel durch einen Preßsitz und damit unlösbar miteinander verbunden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromrolle zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet, dabei mit geringen Kosten und Aufwand herzustellen ist und auch die Reserveteilhaltung kompletter Rollen überflüssig macht.
Die Aufgabe wird durch eine Stromrolle für eine elektrolytische Bandbeschichtungsanlage, mit einer Rollenachse gelöst, bei der die Stromrolle aus einem Rollenmantel mit einer Innenwand und einer Außenwand besteht, welche um die Außenflächen von zwei, einander gegenüberliegender und koaxial angeordneter, zylinderförmigen Grundkörpern befestigt wird, wobei die Grundkörper lösbar miteinander verbunden sind und die Zylindermäntel der Grundkörper Kühlkanäle für eine Kühtflüssigkeit aufweisen.
Denn dadurch ist der Rollenmantel als solches leicht austauschbar, so dass die Ersatzteilhaltung ganzer Stromrollen nicht mehr erforderlich ist.
Die Stromrolle ist besonders kostengünstig herstellbar, wenn die Grundkörper aus Normalstahl bestehen und der Rollenmantel aus einem säurebeständigen und elektrisch leitfähigen Material, z.B. Edelstahl besteht.
Wenn die Zylindermäntel der Grundkörper elektrisch isolierend ausgebildet sind, ist der Stromfluß im Rollenmantel leichter steuerbar. Dadurch kann eine gleichmäßige Erwärmung der Stromrolle gewährleistet werden. Die elektrische Isolierung der Zylindermäntel kann z.B. dadurch erfolgen, dass diese mit einer harten, säurefesten, elektrisch isolierenden Schicht versehen sind.
Wenn an der Innenwand des Rollenmantels ein konzentrisch um die Rollenachse umlaufender Innenring angeordnet ist, ist zum einen die Verbindbarkeit zwischen Rollenmantel und Grundkörpem besonders einfach zu bewerkstelligen. Zum anderen ist in Verbindung mit der elektrischen Isolierung der Zylindermäntel ein völlig symmetrischer Stromfluß im Rollenmantel erzwingbar.
Die lösbare Befestigung von Rollenmantel und Grundkörpern ist besonders einfach, wenn die Grundkörper miteinander korrespondierende, parallel zur Rollenachse verlaufende Durchgangsbohrungen für Befestigungselemente, z.B. Zugstangen, aufweisen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen
Gemäß den Figuren besteht eine Stromrolle für eine elektrolytische Bandbeschichtungsanlage aus einem Rollenmantel 1 und zwei Grundkörpern 2, 3. Der Rollenmantel 1 ist im wesentlichen hohlzylinderförmig und weist eine Innenwand 4 und eine Außenwand 5 auf. Er besteht aus einem säurebeständigen, elektrisch leitfähigen Material, z.B. Edelstahl. An der Innenwand 4 des Rollenmantels 1 ist ein konzentrisch um eine Rollenachse 6 umlaufender Innenring 7 angeschweißt. Ersichtlich ist der Innenring 7 dabei mittig angeordnet.
Die Grundkörper 2, 3 sind im wesentlichen gleich ausgebildet. Sie sind im wesentlichen zylinderförmig, innen hohl und weisen an ihren voneinander abgewandten Seiten Zapfen 8 auf, mittels derer sie in nicht dargestellten Lagern drehbar lagerbar sind. Die Grundkörper 2, 3 bestehen aus Normalstahl. Sie füllen den Rollenmantel 1 im wesentlichen, vorzugsweise sogar paßgenau, aus. Die Grundkörper 2, 3 weisen somit einander zugewandte Seiten 9, voneinander abgewandte Seiten 10 und dem Rollenmantel 1 zugewandte Zylindermäntel 11 auf.
Die Zylindermäntel 11 sind mit einer harten, säurefesten und elektrisch isolierenden Schicht versehen. Die Schicht kann bspw. aus Oxid-Keramik bestehen, in welche zur Vermeidung von Porosität Füllstoffe eingebracht sind. Eine derartige Beschichtung ist kostengünstig und auf einfache Weise aufzubringen. Sie schützt die Zylindermäntel 11 auch vor Korrosion durch eine Kühlflüssigkeit (Wasser) und auch gegen eventuelle elektrolytische Dämpfe. Die Zylindermäntel 11 sind somit elektrisch isolierend ausgebildet.
Aufgrund der Isolierschicht zwischen den Grundkörpern 2, 3 und dem Rollenmantel 1 fließt zwangsweise der gesamte Strom über den Innenring 7 und somit im Rollenmantel 1 symmetrisch von außen zur Mitte, und zwar unabhängig davon, ob der Strom über den einen, den anderen oder beide Zapfen 8 weitergeführt wird.
Sowohl der Rollenmantel 1 als auch die Grundkörper 2, 3 sind hierbei symmetrisch bezüglich der Achse 6 angeordnet, welche im folgenden auch als Rollenmantelachse bezeichnet wird.
Die Grundkörper 2, 3 weisen Durchgangsbohrungen 12 auf. Die Durchgangsbohrungen 12 verlaufen parallel zur Rollenachse 6 und korrespondieren miteinander. In die Durchgangsbohrungen 12 sind bspw. Zugstangen 13 einsteckbar, so daß der Rollenmantel 1 und die Grundkörper 2, 3 durch auf die Zugstangen 13 aufgeschraubte Schraubenmuttern 14 lösbar miteinander verbindbar sind. Dadurch kann gegebenenfalls der Rollenmantel 1 einfach ausgetauscht werden, ohne daß die ganze Stromrolle mechanisch bearbeitet werden muß. Die Ersatzteilhaltung reduziert sich also auf die Rollenmäntel 1.
Die Zylindermäntel 11 der Grundkörper 2, 3 weisen Kühlkanäle 15 für eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, auf. Die Kühlkanäle 15 sind als um die Zylindermäntel 11 umlaufende Spiralen ausgebildet. Die Kühlkanäle 15 des einen Grundkörpers 2 sind linksgängig ausgeführt, die des anderen Grundkörpers 3 rechtsgängig. Sie sind im vorliegenden Fall halbkreisförmig. Sie könnten aber auch eine andere Form aufweisen. Der Kühlflüssigkeitskreislauf ist wie folgt:
Die Kühlflüssigkeit wird über eine Speisebohrung 16 in die Stromrolle eingespeist. Die Speisebohrung 16 des einen Grundkörpers 2 liegt auf der Rollenachse 6 und ist an der vom anderen Grundkörper 3 abgewandten Seite 10 des einen Grundkörpers 2 angeordnet. Sodann wird die Kühlflüssigkeit über äußere Radialbohrungen 17 - dargestellt ist in Fig. 2 nur eine - in erste Längsbohrungen 18 eingespeist. Die äußeren Radialbohrungen 17 sind ebenfalls an der vom anderen Grundkörper 3 abgewandten Seite 10 des einen Grundkörpers 2 angeordnet. Die ersten Längsbohrungen 18 verlaufen unterhalb der Kühlkanäle 15 parallel zur Rollenachse 6 und sind zum Innenring 7 hin offen. Die äußeren Radialbohrungen 17 des einen Grundkörpers 2 sind weiterhin zwischen den Kühlkanälen 15 und den ersten Längsbohrungen 18 verschlossen, z.B. zugeschweißt oder durch Eindrehen eines Gewindestopfens.
Der andere Grundkörper 3 weist ebenfalls erste Längsbohrungen 19 auf, auf die später noch eingegangen wird. Weiterhin weist er aber auch zweite, zum Innenring 7 hin offene Längsbohrungen 20 auf, die ebenfalls parallel zur Rollenachse 6 verlaufen. Die ersten Längsbohrungen 18 des einen Grundkörpers 2 sind mit den zweiten Längsbohrungen 20 des anderen Grundkörpers 3 über Durchgangsbohrungen 21 verbunden, welche im Innenring 7 angeordnet sind. Die Grundkörper 2, 3 weisen ferner innere Radialbohrungen 22 auf, die an den einander zugewandten Seiten 9 der Grundkörper 2, 3 angeordnet sind. Die inneren Radialbohrungen 22 verbinden die ersten Längsbohrungen 18 des einen Grundkörpers 2 bzw. die zweiten Längsbohrungen 20 des anderen Grundkörpers 3 mit den Kühlkanälen 15.
Auf diesem Weg kann die Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, in die Kühlkanäle 15 eingespeist werden. Es läuft dann spiralförmig vom Innenring 7 des Rollenmantels 1 zu dessen äußeren Enden.
Zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus den Kühlkanälen 15 weist der eine Grundkörper 2 an der vom anderen Grundkörper 3 abgewandten Seite 10 weitere äußere Radialbohrungen 23 auf, die sich von den Kühlkanälen 15 bis zu zweiten Längsbohrungen 24 des einen Grundkörpers 2 erstrecken. Diese zweiten Längsbohrungen 24 des einen Grundkörpers 2 verlaufen ebenfalls parallel zur Rollenachse 6. Sie sind zum Innenring 7 hin offen und erstrecken sich bis kurz vor die vom anderen Grundkörper 3 abgewandte Seite 10 des einen Grundkörpers 2. Sie sind über weitere im Innenring 7 angeordnete Durchgangsbohrungen 25 mit den bereits erwähnten ersten Längsbohrungen 19 des anderen Grundkörpers 3 verbunden.
Die ersten Längsbohrungen 19 des anderen Grundkörpers 3 verlaufen ebenfalls unterhalb der Kühlkanäle 15 parallel zur Rollenachse 6 und sind zum Innenring 7 hin offen. Sie sind über äußere Radialbohrungen 26 einerseits mit den Kühlkanälen 15 und andererseits mit einer Speisebohrung 27 verbunden. Die äußeren Radialbohrungen 26 des anderen Grundkörpers 3 sind, wie bereits der Name sagt, an der vom einen Grundkörper 2 abgewandten Seite 10 des anderen Grundkörpers 3 angeordnet. Die Speisebohrung 27 ist im anderen Grundkörper 3 angeordnet und liegt auf der Rollenachse 6. Von dieser Speiseöffnung 27 aus kann das Kühlwasser aus der Stromrolle ausgespeist werden.
Mit der obenstehend beschriebenen Kühlflüssigkeitsführung wird die frische, kalte Kühlflüssigkeit dem zentralen Teil des Rollenmantels 1 zuerst angeboten. Da ferner in diesem Mantelteil der größte Strom fließt und dieser Mantelteil folglich auch am wärmsten wird, wird somit die Stelle der stärksten Erwärmung am intensivsten gekühlt. In diesem Fall bleibt die Zylindrizität des Rollenmantels 1 am besten erhalten.
Es ist aber auch möglich, die Kühlflüssigkeit umgekehrt zu führen. In diesem Fall erreicht man eine Bombierung der Stromrolle. Dies kann für den Bandlauf vorteilhaft sein.
Die notwendigen Abdichtungen gegen Kühlflüssigkeitsaustritt und Elektrolyteintritt übernehmen übliche O-Ringe 28, welche bei Bedarf leicht ausgetauscht werden können.