专利名称：用于将在金属熔池中进行镀覆的产品的辊结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将在金属熔池中进行镀覆的产品的辊结构，它具有一个在金属熔池中转动并在其两端通过滚动轴承可转动地固定在支承臂上的辊，所述滚动轴承与金属熔池密封隔绝地设置在轴承箱中。
在热镀锌、热镀锡或热镀铝时，至少一个其两端靠轴承支承的辊被浸没在金属熔池中，以便在熔池中引导要镀覆的带材。迄今为止，滑动轴承最多地被用于在金属熔池中支承辊子。这些被完全浸没在金属熔池中的轴承具有使用寿命短的缺点，这是因为高温、摩擦和液体金属的侵蚀造成轴承表面严重地磨损。这种磨损导致了辊的不平衡运转，甚至暂时卡辊。辊的不平衡运转或卡辊起因于辊颈上的摩擦，所述辊颈随着直径的减小而刻入轴承壳套内。在接触区内的固体颗粒和表面损伤加速了这个过程。
美国专利5,571,328和EP 0 524 851 A1描述了一种在楔形结构中将陶瓷板用作外轴承壳套的滑动轴承。这旨在防止辊颈刻入轴承壳套中。不过，与磨损有关的表面损伤和支承轴颈上的沉积颗粒使陶瓷板受到冲击并可能造成轴承过早失效。
德国专利DE43 07 282 A1描述了另一种辊结构，其中利用充气辊在金属熔池中的浮力来减小受力。设置其滚动元件在液体金属中转动的滚动轴承来支承辊子。但是，这种实施方式的缺点是，由于在金属熔池中的磨损和溶解效应，内部轴承间隙增大并失去了尺寸精度。
公开出版物《驱动技术》(34,1995，第7版)还描述了一种用于锌熔池中的滚动轴承，它被设计成坚固的陶瓷轴承。但是，这种实施方式有这样一个缺点，即，当在熔融金属中进行操作时，固体颗粒可能渗入轴承箱圈中并使陶瓷轴承在其滚过时承受冲击。另外，陶瓷可能在装卸时因冲击或温度突变而受损。
为了解决这个问题，德国未经审查的专利申请39 40 890 A1提出了将轴承安放在与熔池密封隔绝的封闭轴承箱内。密封是通过一个锥形套完成的，所述锥形套被可移动地固定在一个轴上并被弹簧压在一个固定在轴承箱上的锥形槽内。在工作中，与磨损有关的摩擦出现在转动的辊与锥形密封件的固定部分之间，从而这种结构可能会在长期工作后出现泄漏。
因此，本发明的目的是研究出上述类型的辊结构，即使在延长的工作期间，它也能保证轴承箱与金属熔池完全地密封隔绝。
根据本发明，上述目的主要是通过如下所述的措施实现的，即为了相对于辊地密封隔绝轴承箱，在辊的径向突出的台肩上和在轴承箱上设置了沿辊的轴线横向延伸的密封面，所述密封面相互贴靠或压在一个置于其间的密封件上。这种构造的结果是，来自金属熔池的熔融金属必须经过辊肩与轴承箱的密封面之间才能进入轴承箱的内部。但是，在密封面之间形成的间隙可以由轴向作用的接触压力很好地密封，从而即使在延长的工作期间内，也可以可靠地防止任何熔融金属渗入轴承箱中。
根据本发明的一个实施例，采取了在插入轴承箱内的辊子端部上设置径向台肩的措施，即在轴承箱的内侧形成密封。在这种情况下，一个气体导管最好通入轴承箱内，以便给轴承箱输送气体并产生一个正压力，而且通过所述正压力把径向辊肩推向轴承箱的密封面。利用这样的结构，在密封面的区域内产生接触力是由于作用在各个方向上的内压力会克服金属熔池的流体静压力地将辊颈推出轴承箱外这一事实而实现的。可以作为内压与流体静压力之差乘以辊颈在通过区域内的横截面面积的积地算出这个力。这种气压接触力的优点是不需要任何附加的安装空间并且可确保密封面彼此接触以及辊颈始终保持轴向位置。在密封面区域内的磨损导致了辊颈的轴向位移。轴承的滚动面必须相应地允许辊颈轴向移动。
如果内压大于熔融金属的流体静压力，则它构成了一个附加的安全特性。其原因就是，如果泄漏例如因磨损而出现在密封面的区域内，则内压的结果就是熔融金属不会进入，而空气以比较低的体积流量进入，空气的体积流量之所以小是因为在辊子与轴承箱之间的环形间隙狭小。
根据一个改进方案，采取了这样的措施，即在辊肩和轴承箱的密封面之间设置了一个由密封材料制成的环形片，所述环形片通过辊肩被压在轴承箱的密封面上。这个实施例的优点是，环形片可以被设计成一个磨耗件并且可以根据需要而很容易地进行更换。可以将环形片连接到辊上，从而它与辊配合工作。在这种情况下，磨损只出现在环形片与轴承箱之间。或者，可以将环形片连接到轴承箱上，从而环形片是固定不动的，而磨损只出现在环形片与辊肩之间。但是，根据一个优选实施例，环形片例如通过驱动销与滚动轴承保持架相连，结果它在工作过程中同时转动并由此在两个密封面上传输均匀的负荷。
环形片最好由陶瓷制成，这样做的优点是陶瓷不与熔融金属反应。在粗糙度很低的陶瓷面与密封参与件之间的摩擦几乎没有造成磨损，由此可以消除可能在两个金属面接触时出现的磨损。
在本发明的一个替换实施例中采取了这样的措施，即辊肩和轴承箱的密封面被设置在成型于轴承箱和辊子之间的环形间隙的两侧上，而且设置了一个密封件，它同时被压在这两个密封面上并密封住环形间隙，该密封件与滚动轴承保持架相连，从而密封件在工作中相对辊颈和轴承箱转动。因此，通过这个实施例，在轴承箱和辊子上的密封面没有像上述实施例那样彼此贴靠，而是这两个密封面通过其与密封件的相互作用而分别在一侧密封环形间隙(径向靠内和径向靠外)。与滚动轴承的保持架连接的结果使得在密封件与轴承箱之间以及在密封件与辊子之间均出现相对运动，从而可以极大地避免密封面上的不均匀磨损。
在密封件上产生接触压力所需的压力例如可以通过一个弹簧件来产生。还可以在轴承箱的内部产生一个正压力，这个正压力与在上文中已经说明的其它优点一起又将密封件压在密封面上。
辊子的轴向热膨胀以及两个与之有关的轴承之间的间距的增大例如可以通过调整横向跨距来进行补偿。根据本发明的一个实施例，其中一个支承臂为此可绕枢轴转动地悬臂支承在横梁上，另外，轴承箱的外侧具有部分成球面的形状并且被安置在支承臂的一个具有互补形状的接收壳体中。因此，球窝型接头补偿了支承臂的转动并确保这两个轴承总是对准辊子。也可以按照这种方式来补偿支承臂的热变形。
用于部分成球面的轴承箱的接收壳体的密封面具有与之相对应的一致形状。通过一致的配合连接，作用力从轴承箱传到接收壳体上并被传入支承臂。这种配合是如此构成的，即在一立体空间角度的范围内，接收壳体以平面方式承受来自轴承箱的作用力，而且在轴承座没有发生变形的情况下固定轴承箱。接收壳体被有利地分成几个部分，例如被分成三部分。防止轴承箱在接收壳体中转动，以便不损坏通向腔室的压力供应管线。
根据另一个实施例，采取了这样的措施，即将轴承箱以可轴向移动的方式设置在一个接收壳体内。这使得补偿不同程度的热膨胀成为可能。可以有一个铰接的支承臂，如在上述实施例中所设置的支承臂，但这不是必须的。
轴承箱在接收壳体内应具有一定的活动自由度，从而它只在作用力下在安放面上是固定不动的。在支承臂和辊中的热均衡过程已经稳定下来之前，这种定位都不应该出现。这确保了在操作中轴承相对于辊的定向总是成一直线的。
根据本发明的又一个实施例，可以通过以下事实额外地增大接触密封件的接触力，即用外力将可绕枢轴转动地悬伸的支承臂向外压，结果将轴承箱的密封面压在辊肩的密封面上。这个外力与内压无关，而且可能在内压出现短暂下降的情况下是必须的。
至于本发明的其它可能结构，可参见权利要求书和以下参照附图对本发明实施例所作的说明，其中
图1以示意图示出了浸没在金属熔池内的本发明的辊结构；图2示出了图1所示辊结构的本发明轴承的第一实施例；图2a示出了图2所示实施例的一个变型；
图3以沿图2中的Ⅲ-Ⅲ线的半剖视图示出了轴承；图4以剖视图示出用于图1所示辊结构的本发明轴承的第二实施例；图5以剖视图示出了用于图1所示辊结构的辊的本发明轴承的第三实施例；图6以剖视图示出了用于图1所示辊结构的辊的本发明轴承的第四实施例；以及图7以剖视图示出用于图1所示辊结构的本发明轴承的第五实施例。
图1以示意图示出了被用于连续镀覆带材的操作中的本发明的辊结构。该辊结构包括一个在金属熔池M中转动的辊1，它的两端可转动地支承在从一个设置在金属熔池M上方的横梁3向下伸出的支承臂2上。这两个支承臂2中的一个被以下述方式布置成可以绕一个铰接接头6转动，即可以补偿辊1的任何热膨胀。
辊1靠滚动轴承4安装在支承臂2内，所述轴承分别设置在一个与金属熔池M密封隔绝的轴承箱5内。如图2和3所示，轴承箱5包括一个其开口端面分别被盖板8、9封住的环形箱体7。箱体7的外周面被构造成球截形并且被保持在一个形状相似的不可活动地与支承臂2相连的接收壳体10中。形状相一致的配合是这样体现的，即可以在一个立体空间角的范围内由接收壳体10以平面方式来承受来自轴承箱5的作用力A，而且轴承箱5以无变形的方式被固定在接收壳体10中。接收壳体10共包括三个部分，其中在图3中仅示出了两个部分10a,10b。通过许多个穿过接收壳体10并嵌入位于箱体7外侧面上的凹口12中的固定件11可防止轴承箱5在接收壳体10中转动。
或者，也可以以可轴向移动的方式将轴承箱固定在接收壳体10中，以便补偿热膨胀。在这种情况下，支承臂2不必是可绕枢轴转动类型的(图2a)。
箱体7的内表面及经盖板9插入轴承箱5中的辊颈1a的外表面被分别构造成滚动面，其间分布着由保持架4b引导的滚动体4a。
辊颈1a在其穿过盖板9的区域内被设计成这样的形状，即产生了一条均匀的周向环形间隙13。为了密封这条环形间隙13，在辊颈1a上设置了一个径向向外突出的轴肩14，在其向内的端面上有一个在压力下贴在盖板9的一个对应密封面16上的密封面15。通过以下事实可以产生接触压力，即盖板9具有适当的构形并且被螺栓固定在箱体7上。在所述实施例中，轴承箱5的内部可以另外受到内压的冲击。为此，一条气体导管17通入轴承箱5内以便向轴承箱5传输气体并产生一个正压力，而且通过所述正压力将径向的辊肩14压向轴承箱5的密封面16，原因就是，作用在各个方向上的内压试图克服金属熔池M的流体静压力地将辊颈1a推出轴承箱5外。可以作为内压与流体静压力之差和辊颈1a在通过区域内的横截面面积之积地计算出这个力。如果内压大于熔融金属中的流体静压力，则它还产生了一个安全特性，即，如果在密封面15、16的区域内发生泄漏，则抵制了熔融金属的流入。在这种情况下，熔融金属不会流入，但是气体会以可保持得比较小的体积流量涌入，之所以气体的体积流量较小是因为在辊1和轴承箱5之间的环形间隙13狭小。还可以另外用密封剂如耐高温的油脂来密封环形间隙13。
如图4所示，气体导管17可以被安装在一个回转式管接头19上。因此，不再需要防止箱体7转动，而且箱体7上的任何磨损都被均匀地分散在滚动体4a的整个外环形滚动面上。
在辊肩14和盖板9上的密封面15、16不需要直接相互接触，相反地，可以如图5和6所示地在中间设置一个密封件20。被构造成环形片的密封件20最好由陶瓷制成，它的优点是不与熔融金属反应。另外，在粗糙度很低的陶瓷面与密封参与部件之间的摩擦几乎没有造成磨损。因此可以消除在两个金属表面相互接触时可能出现的磨损。
在图5所示的实施例中，密封件20通过驱动销21连接到滚动轴承保持架4b上。但是，按另一种方案，也可以不可转动地将密封件20连接到辊1上，如图6所示。在这种情况下，相对运动及由此产生的磨损只发生在密封件20与盖板9之间。
图7示出了图1所示辊结构的本发明轴承的另一个实施例。在这里，轴承箱5具有一个带球形包封面的环形箱体7，所述球形包封面被适当地固定在一个形状对应的接收壳体10内。辊颈1a从一个端面插入箱体7中，而另一个端面由一块盖板8封住。为了使辊颈1a轴向固定，将滚动轴承4设计成定位轴承。为此，定位轴承4的外座圈与盖板8一起被夹紧在箱体7中。滚动轴承4的内座圈用杆螺母固定在辊颈1a上。滚动轴承4的滚动体4a装入轴承座圈中，以便产生一个最小的轴向间隙。
在辊颈穿过的区域内，在箱体7与辊颈1a之间存在一个环形间隙13。为了密封这个间隙，设置了一个密封件20，它在压力下在环形间隙13的径向外侧上压靠在箱体7上的一个对应密封面16上并在环形间隙13的径向内侧上压靠在辊肩14上的一个对应密封面15上。密封面15、16沿辊子轴线X横向延伸并基本上相对于环形间隙13是对称的；在箱体7上的密封面16沿环形间隙13的方向具有一个直径递减的圆周侧面，而在辊肩14上的密封面15沿环形间隙13的方向具有递增的直径。密封面15、16限定了密封件20的对应密封面的形状。当出现磨损时，相互接触的密封面的几何形状相互适应。
环形密封件20被弹簧23沿轴向压在辊肩14和箱体7的密封面15、16上，弹簧23分别由驱动销23引导，所述密封件20通过所述驱动销与滚动轴承保持架46相连。
通过气体导管17，轴承箱5的内部可以受到正压力的冲击，从而在接触面密封出现泄漏的情况下，熔融金属不可能渗入轴承箱5中。
权利要求
1．一种用于将在金属熔池中接受镀覆的产品的辊结构，它具有一个在金属熔池中转动并在其两端通过滚动轴承(4)而可转动地固定在支承臂(2)上的辊(1)，所述滚动轴承(4)分别被设置在一个与金属熔池(M)密封隔绝的轴承箱(5)内，其特征在于，为了相对辊(1)地密封隔绝轴承箱(5)，在辊(1)的一个径向突出的辊肩(14)上和在轴承箱(5)上设置横向于辊子轴线(X)延伸的密封面(15,16)，所述密封面在压力下被保持成相互贴靠在一起或被保持成压在一个放置于其间的密封件(20)上。
2．如权利要求1所述的辊结构，其特征在于，径向辊肩(14)被配置在辊(1)的一个插入轴承箱(5)内的辊颈(1a)上。
3．如权利要求1或2所述的辊结构，其特征在于，密封面(15,16)垂直于辊子轴线(X)地延伸。
4．如权利要求1-3之一所述的辊结构，其特征在于，一个气体导管(17)通入轴承箱(5)内，以便向轴承箱(5)输送气体并产生一个正压力，而且通过所述正压力把径向辊肩(14)推向轴承箱(5)的密封面(16)。
5．如权利要求4所述的辊结构，其特征在于，气体导管(17)可绕辊子轴线(X)转动地在轴承箱(5)内受到引导。
6．如权利要求4或5所述的辊结构，其特征在于，在辊肩(14)和轴承箱(5)的密封面(15,16)之间设置一个密封件(20)，尤其是一个用陶瓷制成的环形密封片，它通过辊肩(14)被压在轴承箱(5)的密封面(16)上。
7．如权利要求6所述的辊结构，其特征在于，密封件(20)与滚动轴承(4)的轴承保持架(4b)、辊(1)或轴承箱(5)相连。
8．如权利要求1-4之一所述的辊结构，其特征在于，辊肩(14)和轴承箱(5)的密封面(15,16)设置在环形间隙(13)的相对侧上，所述环形间隙在轴承箱(5)和辊(1)之间形成，而且设置了一个密封件(20)，它同时被压在这两个密封面(15,16)上并密封环形间隙(13)，使密封件(20)与滚动轴承保持架(4b)相连，从而密封件(20)在工作中相对于辊颈(1a)和轴承箱(5)转动。
9．如权利要求8所述的辊结构，其特征在于，密封件(20)被至少一个弹性件(23)的预加载力压在密封面(15；16)上。
10．如权利要求8或9所述的辊结构，其特征在于，密封件(20)由陶瓷材料制成。
11．如权利要求8-10之一所述的辊结构，其特征在于，可以在轴承箱(5)内产生一个将密封件(20)压在密封面(15,16)上的正压力。
12．如前述权利要求之一所述的辊结构，其特征在于，其中一个支承臂(2)是可绕枢轴转动地固定的。
13．如权利要求1-11之一所述的辊结构，其特征在于，轴承箱(5)可轴向移动地设置在一个接收壳体(10)内。
14．如权利要求12或13所述的辊结构，其特征在于，轴承箱的外侧面具有部分成球面的形状并且被布置在一个具有适当形状的接收壳体(10)中。
15．如前述权利要求之一所述的辊结构，其特征在于，用密封剂且尤其是耐高温的油脂封住辊颈(1a)和轴承箱(5)之间的环形间隙(13)
全文摘要
本发明涉及一种用于将在金属熔池中接受镀覆的产品的辊结构,它具有一个在金属熔池中转动并在两端通过滚动轴承(4)可转动地被支承在支承臂(2)上的辊(1)。所述滚动轴承(4)分别被设置在一个与金属熔池(M)密封地隔绝的轴承箱(5)内。本发明的辊结构的特征为,为了相对辊(1)地密封隔绝轴承箱(5),在辊(1)的径向辊肩(14)和轴承箱(5)上设置密封面(15,16),所述密封面沿辊子直线(X)横向延伸并在压力下被保持在一起或保持压在一个中间密封件(20)上。
文档编号F16C33/76GK1303350SQ99806728
公开日2001年7月11日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年5月28日
发明者马蒂亚斯·金佩尔, 埃克哈德·西格曼 申请人:马蒂亚斯·金佩尔, 埃克哈德·西格曼