用于在金属熔浴中对待镀层的金属带进行转向或引导的辊的制作方法

本发明涉及一种用于在金属熔浴中对待镀层的金属带进行转向或引导的辊，该辊具有彼此同轴布置的主轴颈以用于对辊进行转动支承。

背景技术：

在对金属带、尤其对钢带进行热浸镀层时，借助布置在熔浴中的换向辊引导待镀层的带通过金属熔体。额外地，从熔浴中运行出来的带区段通常通过同样布置在熔浴中的导辊(所谓的“平稳辊”、托辊、稳定辊或轧制线辊)来引导，以便借助由喷气刀限定的间隙确保带基本竖直地并且无振动地运行。借助喷气刀从带上刮除多余的镀层材料或调整在带上附着的镀层材料的层厚。

在现有技术的热浸镀层设备中使用的换向辊和导辊实施成实心辊、开式外罩辊或封闭的中空辊。

如今还应用封闭的中空辊，但是只有通过昂贵的通风或排气技术来运行，因为由于在熔浴中的高温在封闭的中空辊中会产生非常高的内压直至爆炸式故障，尤其在辊空腔的不期望地包含液体的情况下。

基于在熔浴中的换向辊和导辊通常未设置自身的驱动器、而是通过在其上缠绕的带的运动来转动的情况，尤其在对薄带进行热浸镀层时使用实心辊是有问题的。由于实心辊的重量大，尤其在薄带的情况下很难通过带使辊转动，这会导致带和辊之间的相对运动(打滑)。由此会引起划痕和其他镀层缺陷，这降低了镀层品质。

外罩辊通常由空心圆柱形的套管构成，套管在其两个端部处经由辐条形的接板或凹口、例如具有钻孔的端板与主轴颈连接。实施成外罩辊的熔浴辊具有以下优点，相比于较重的实心辊能够更轻松地使熔浴辊转动，并且相比于封闭的中空辊，熔浴辊没有能够产生临界内压的封闭的空腔。但是在外罩辊转动时由于端侧的开口而出现泵作用，由此在辐条形的接板或端板的凹口的区域中引起金属熔体的紊流的材料流，其导致在接板或端板的区域中的非常明显的材料剥蚀(磨损)。由此，在热浸镀层设备中使用的外罩辊的使用寿命相对短。

所谓的换向辊和导辊的结构形式是常见的，其转动轴承通常实施成滑动轴承，其中，辊的主轴颈(以及容纳主轴颈的配对轴承)经受非常高的磨损。对通常由钢制成的主轴颈的高度磨损主要由高的支承力和金属熔体的侵蚀性引起。

技术实现要素：

在此基础上，本发明的目的是提供开头所述类型的辊，其提供相对长的使用寿命并且借助该辊能够在对金属带、尤其钢带进行热浸镀层时实现高的镀层品质。

通过具有在权利要求1中给出的特征的辊实现了该目的。在从属权利要求中给出根据本发明的辊的优选和有利的设计方案。

根据本发明的辊设有彼此同轴布置的主轴颈以用于辊的转动支承，其中，每个主轴颈具有多个沿轴向彼此间隔的环形凸起部，环形凸起部设有滑动轴承镀层或由滑动轴承镀层形成。

在根据本发明的辊的运行期间，在位于环形凸起部之间的凹陷部中形成由金属热浸镀层材料构成的滑动薄膜，滑动薄膜例如可为铝或基于锌或铝的镀层材料。尤其由此在运行期间形成液压的润滑膜，其导致转动支承的承载面的负荷降低。液压的润滑膜的减轻负荷作用随着主轴颈的转速增加而提升，从而在转速增加的情况下加强了减轻负荷效果。因此这种类型的转动支承尤其适用于对相对薄的金属带、尤其薄的钢带进行热浸镀层的浸入的辊，金属带应以相对高的带速度穿过熔浴。

发明人尝试在热浸镀层设备中对钢带进行热渗铝，已经得出，通过根据本发明的主轴颈的实施方式可实现将布置在熔浴中的换向辊和导辊的使用寿命提高到先前使用的传统换向辊和导辊的使用寿命的两倍或更高。

根据本发明实施的主轴颈优选是基于钼、钨和/或铬的滑动轴承镀层。由此得到熔浴辊的主轴颈的良好至非常好的滑动特性以及很高的抗磨损性能。

根据本发明的另一优选的设计方案，滑动轴承镀层在熔浴辊的每个主轴颈的环形凸起部的区域中相对于主轴颈的外侧面沿径向突出，突出的程度在0.1mm至1.0mm的范围中、优选在0.1mm至0.5mm的范围中。由此非常可靠地实现了上面提及的液压的润滑膜并且降低了金属的热浸镀层材料的磨损影响，该热浸镀层材料侵入到位于环形凸起部之间的凹陷部中并且在此该热浸镀层材料应作用为滑动薄膜。

本发明的另一有利的设计方案的特征在于，将滑动轴承镀层引入主轴颈的环形槽中，其中，环形槽布置在环形的凸起部之间，并且其中，滑动轴承镀层在环形槽的区域中具有环形的凹陷部，其相对于环形的凸起部沿径向间隔开。主轴颈的由环形槽产生的表面结构改善了主轴颈和滑动镀层的连接。尤其环形槽实现了，在用于滑动镀层的材料消耗相对小的情况下由滑动镀层制造环形的凸起部并且同时主轴颈的外侧面在环形的凸起部之间也设有滑动镀层，以便在此处也保护主轴颈以防侵入环形凸起部之间的区域中的金属的热浸镀层材料的磨损影响。此外，在这种情况下，当不仅在环形的凸起部的区域中而且(可选地)在主轴颈的环形槽中设有滑动轴承镀层时，改善了主轴颈的滑动特性。优选地，对此在主轴颈中构造深度在0.05mm至0.4mm的范围中的环形槽。

为了实现在对金属带、尤其钢带进行热浸镀层时有较高的镀层品质以及为了提高熔浴辊的使用寿命，同样有利的是，根据本发明的另一优选的设计方案，辊构造成多组分辊、尤其双组分辊。在这种情况下，辊具有辊外罩，其优选由钢制成，其中，在相应的主轴颈上设有由钢构成的基本呈圆柱形的或圆盘形的连接区段，连接区段在辊外罩的方向上径向延伸，其中，连接区段中的至少一个具有通至辊外罩的端侧的至少一个通孔，并且其中，至少一个通孔借助由陶瓷材料构成的气体可通过的堵塞元件封闭。对此，堵塞元件与圆柱形的或圆盘形的连接区段的外端侧优选基本面齐平。

由此构造的辊相应于外罩辊，其辊外罩限定空腔。空腔能够是空的或被气体填充或优选借助具有比外罩辊材料的密度更小密度的填充材料填充。至少一个气体可通过的堵塞元件相应确保，不能够在空腔中构建临界的内压。此外，至少一个堵塞元件防止金属熔体侵入空腔中以及在传统的外罩辊中通常出现的泵作用。相比于传统的实心辊，根据优选的设计方案构造的辊具有相对低的重量。这尤其适合于通过辊外罩限定的空腔为空的或被气体填充的实施方式中以及适合于空腔被具有比外罩辊材料的密度低的密度的填充材料填充的实施方式中。由于辊具有相对低的重量，辊通过贴靠在其上的待镀层的带而在其转动方面具有良好的转动特性，其作为带的高镀层品质的前提条件。同时，由于辊的重量相对较小而实现了使其转动支承减轻负荷，这有利于实现辊的长的使用寿命。此外，气体可通过的至少一个堵塞元件有利于辊的长的使用寿命，该堵塞元件防止上面提及的泵作用以及伴随的材料剥蚀。

在对薄金属带、尤其钢带进行热浸镀层(所谓的热浸镀)时的问题是熔浴辊的不充分的随动特性，这会导致在带和辊之间打滑，甚至导致辊相对于运行的通过辊转向的带在熔浴中停止。通过结合根据本发明构造的主轴颈与优选实施成双组份辊或多组分辊的辊实现了具有非常好的随动特性的用于对薄金属带进行热浸镀层的轻型辊轮。

根据本发明的另一有利的设计方案可提供或装配气体可通过的堵塞元件，使得该堵塞元件不能够由基于有色金属、尤其铝或锌的金属熔体润湿。由此可最大程度地避免熔体金属侵入堵塞元件中并进而减小堵塞元件的气体通过性。

本发明的另一有利的设计方案规定，通过堵塞元件封闭的通孔从内向外逐渐变细，其中，相应地成型堵塞元件并且沿轴向将其固定在通孔中。通过该设计方案能够以简单的制造技术实现可靠地固定堵塞元件的位置。

本发明的另一有利的设计方案的特征在于，在通过辊外罩限定的空间中设有一个或多个由陶瓷材料构成的填充体。一个或多个填充体减小了或填充了通过辊外罩限定的空置容积，从而包含在辊的空腔中的气体体积相应地减小或最小化。由此能够非常可靠地排除在辊中出现临界内压的危险。相比于具有相对大的气体体积的传统的外罩辊，根据前面所述的设计方案实施的辊虽然通过一个或多个由陶瓷材料构成的填充体具有较高的总重量，但是通过使用相对轻的陶瓷材料可限制重量增加。例如，一个或多个填充体能够由基于硅酸钙的陶瓷材料、优选由微孔的和/或碳纤维强化的硅酸钙陶瓷制成。在根据本发明的辊中嵌入的填充体的粗密度优选小于900kg/m³。其例如在800至850kg/m³的范围中。

依据根据本发明的辊的优选的设计方案，辊的总密度处于所使用的金属熔体、例如基于铝或锌的金属熔体的密度的0.8倍至1.2倍、优选1.0倍至1.1倍的范围中。因此，由辊的重量引起的支承力相对小。优选地，根据本发明的辊的总重量明显小于由钢制成的实心辊的总重量。

依据根据本发明的辊的另一优选的设计方案，辊外罩和主轴颈的每个的连接区段的外端面设有防护层、例如由铝-氧化锆构成的防护层。通过该设计方案能够进一步降低由侵蚀性的金属熔体引起的辊磨损或进一步提高辊的使用寿命。

附图说明

下面根据描述多个实施例的附图详细阐述本发明。其中：

图1示出了热浸镀层装置的示意图；

图2示出了设置在热浸镀层设备的熔浴中的辊的轴向剖面图；

图3示出了图2中的辊的主轴颈的轴向示意图以及局部断面；

图4示出了图3中的主轴颈的端侧视图；以及

图5示出了根据本发明的辊的主轴颈的轴向剖视图。

具体实施方式

在图1中示意性示出的热浸镀层装置包括熔浴槽1，熔浴槽填充有金属熔体2，例如基于铝或锌的金属熔体。通过浸入金属熔体2中的象鼻形通道3将待镀层的钢带4引入金属熔体2中。在熔浴槽1中布置有换向辊(所谓的浸入辊或锅形辊)5，借助换向辊使钢带4从倾斜向下的运行方向转向成向上、优选基本竖直的运行方向。此外，在熔浴槽1中布置有一个或两个导辊(所谓的稳定辊或“平稳辊”)6，导辊用于抑制钢带4的振动并进而使带4相对于刮除装置7尽可能位置正确地运行。刮除装置从经镀层的钢带4的表面上去除多余的镀层材料并且对此通常具有呈扁平射流喷嘴形式的喷气刀7，喷气刀通过压缩空气或惰性气体运行。

换向辊5和/或至少一个导辊6具有例如在图2至图4中所示的构造。辊5或6具有由钢、例如铬钼钢构成的辊外罩8。辊外罩8构造成管形。对此，辊的外侧面8.1可实施成鼓起地，使得辊5或6的外直径从中间开始至辊端部逐渐减小。

彼此同轴地布置的主轴颈9设置在辊外罩8的端部处，主轴颈同样由钢、例如铬钼钢制成。每个的主轴颈9具有基本呈圆柱形或圆盘形的连接区段9.1。连接区段9.1优选与在辊外罩8的端侧径向突出的轴颈部分9.2构造成一体。连接区段9.1从轴颈部分9.2或者从辊5或6的转动轴在辊外罩8的方向上径向延伸。辊外罩8在其端部处具有直径增大的内表面8.2，直径增大的内表面分别限定环绕的内留空部8.3。主轴颈9的连接区段9.1被配合连接地推入到辊外罩8的直径增大的内区段中并且通过环形的焊缝15与直径增大的内区段固定连接。

主轴颈9的轴颈部分9.2的外直径以因数在3.0至7.0、优选4.0至5.0的范围中小于辊外罩8的外直径。使用具有相应较小的轴颈直径(轴颈部分9.2的直径)的主轴颈9是优选的，因为轴颈部分9.2此时形成较小的转动阻力并且由此能够更容易地使辊5或6转动。

每个主轴颈9的连接区段9.1具有至少一个或(如在图2至4中可见地)多个通孔9.3，通孔通至辊外罩8的端侧以及连接区段9.1或主轴颈9的位于内部的一侧。在所示的实施例中，在每个连接区段9.1或主轴颈9中例如设有四个通孔9.3，四个通孔基本彼此平行地延伸并且彼此均匀间隔地布置在共同的分度圆上。在该实施例的变型方案中，连接区段9.1或主轴颈9也能够具有小于或大于四个的通孔9.3。根据本发明，用气体可通过的堵塞元件(嵌入件)10封闭每个通孔9.3，该堵塞元件由陶瓷材料制成。

堵塞元件10例如由硅酸钙类、优选由微孔硅酸钙陶瓷制成。有色金属熔体、例如alsi熔体或锌基熔体不能够润湿或仅能够非常难地润湿硅酸钙陶瓷。为了提高堵塞元件的强度，堵塞元件10的陶瓷材料能够包含增强纤维，例如碳纤维。

每个通孔9.3优选构造成钻孔。通孔分别具有缩进部9.31，从而通孔从内向外逐渐变细。栓形的堵塞元件10相应地成型，即，同样具有缩进部10.1并因此能够沿轴向固定在通孔9.3中。在安装好的状态中，堵塞元件10与主轴颈9的连接区段9.1的外端面9.11基本齐平(参见图2和图3)。

每个连接区段9.1的端面9.11能够镀有防护层，例如由铝-锆氧化物类构成的防护层。

优选地，辊5或6的由辊外罩8和主轴颈9的连接区段9.1限定的空腔填充有一个或多个由陶瓷材料构成的填充体11。在图2所示的实施例中，多个圆盘形的填充体11彼此并排地布置在辊外罩8中。填充体11例如由与堵塞元件(陶瓷嵌件)10相同的材料制成。辊5或6的在连接区段9.1之间的空腔优选基本完全地被盘形的填充体11填充。辊外罩8的外直径和内直径之间的直径比例例如在1.2至2.0的范围中、优选在1.4至1.6的范围中。辊5或6的总密度例如处于所使用的金属熔体2的密度的0.8倍至1.2倍、优选1.0倍至1.1倍的范围中，所使用的金属熔体尤其能够是基于铝或锌的金属熔体。

主轴颈9的轴向突出的轴颈部分9.2设有滑动轴承镀层12。滑动轴承镀层12优选由钼制成。额外地或可替代地，滑动轴承镀层也能够包含钨和/或铬。

滑动轴承镀层12构造成条纹形。滑动轴承镀层具有多个沿轴向彼此间隔的环形凸起部(条纹)12.1。对此，滑动轴承镀层12的材料被引入主轴颈9的相应间隔的环形槽9.4中和/或涂覆在主轴颈9的环形凸起部9.5上。槽9.4的深度例如在0.05mm至0.4mm的范围中。滑动轴承镀层12的层厚度在其轴向延伸方向上基本均匀地构造。与此相应地，在滑动轴承镀层12的外侧面中呈现了主轴颈9.2的通过环形槽9.4限定的表面结构。在滑动轴承镀层12的位于环形的凸起部12.1之间的凹陷部12.2中能够积聚金属熔体并且形成滑动薄膜。

本发明的实施方式不限于在附图中所示的实施例。而是能够考虑其他的变型方案，其他变型方案也应用在与权利要求给出的本发明不同的构造方式中。因此，例如相对于主轴颈9的外侧面稍微突出的滑动轴承镀层12也能够实施成环形的、沿轴向彼此间隔的凸起部12.1的形式，凸起部构造在基本呈圆柱形的、没有槽9.4的主轴颈上。可替代地，滑动轴承镀层12也能够仅被引入环形槽9.4中并且同时相对于主轴颈9的环形的凸起部9.5沿径向稍微突出。