Роликовое соединение

Изобретение относится к непрерывному нанесению покрытия методом горячего погружения, в частности устройству и способу, позволяющим оптимально обращаться с погружаемым в расплавленный металл роликом и поддерживать опору для него. Устройство содержит ванну для расплавленного металла, погружной ролик и по меньшей мере один направляющий ролик, установленный на опоре, содержащей по меньшей мере соединительный элемент и втулку. Соединительный элемент содержит три последовательно установленные части. Первая соединительную часть соединяется с втулкой. Вторая соединительная часть содержит по меньшей мере одно крепежное средство, прикрепляемое к торцу указанного ролика. Третья соединительная часть вставляется внутрь указанного ролика, причем поперечное сечение третьей соединительной части имеет форму параллелепипеда с закругленными углами. Соединительный элемент выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого выше коэффициента термического расширения материала указанного ролика, причем указанный коэффициент термического расширения выбирается таким образом, чтобы указанная третья соединительная часть запрессовывалась в указанный ролик при погружении в ванну с расплавленным металлом. Разработанное соединение ролика с втулкой обеспечивает возможность транспортировки и опоры ролика, а также его вращения без повреждения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к способу и оборудованию, позволяющим оптимально обращаться с роликом и поддерживать опору для него. Указанный ролик погружен в расплавленный металл.

Для нанесения покрытия на подложку её можно пропустить через ванну, заполненную желаемым материалом покрытия, например, подложка в виде стальной полосы может быть пропущена через ванну для нанесения покрытия, заполненную расплавленным металлом. Большую часть времени погружной ролик и два направляющих ролика погружены в ванну для нанесения покрытия с целью направления подложки, как показано на фиг. 1. Погружной ролик расположен на дне ванны, чтобы обеспечить отклонение полосы и её прохождение в указанной ванне, в то время как два направляющих ролика расположены на выходе из ванны для вертикального позиционирования полосы, а также уменьшения её вибрации и отклонения. Все эти ролики погружены в ванну и, таким образом, подвергаются химическому воздействию, коррозии и износу вследствие условий эксплуатации, т.е. типа материала покрытия, которым заполнена ванна, и его температуры. Соответственно, для замены классических металлических роликов были разработаны новые ролики с повышенной устойчивостью к коррозии и износу. Эти новые инертные ролики, как правило, изготовляются из керамики, карбона или углеродного композита.

Однако при их использовании возникают новые проблемы вследствие их механических свойств. Ролики, выполненные полностью из керамики, карбона или углеродного композита, с выступающими частями с обеих сторон ролика, при использовании подвержены поломке вследствие концентрации усилий между роликом и валом, как это было подтверждено результатами экспериментальных испытаний. В основном это происходит вследствие давления полосы на ролик. Таким образом, используются ролики, выполненные с отверстиями с обеих сторон, в которые вставляется вал. Такое решение приводит к возникновению новых проблем, особенно в плане обеспечения опоры роликов и их транспортировки.

Таким образом, необходимо разработать способ соединения изготовленного из керамики или карбона инертного ролика с втулкой, обеспечивающего возможность транспортировки и опоры ролика, а также его вращения без повреждения.

В известном уровне развития техники не было обнаружено никаких документов, позволяющих решить вышеупомянутую проблему.

Цель настоящего изобретения заключается в разработке способа решения вышеупомянутой проблемы.

Эта цель достигается с помощью устройства согласно п. 1 формулы изобретения. Данное устройство может также содержать любые отличительные признаки согласно пп. 2-6. Объектом настоящего изобретения является также способ по пп. 7-8.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием изобретения.

Для иллюстрации настоящего изобретения в качестве неограничивающих примеров рассматриваются различные возможные варианты его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, а именно:

на фиг. 1 – схематичное изображение варианта реализации ванны для нанесения покрытия с погружным роликом и двумя направляющими роликами;

на фиг. 2 – схематичное изображение варианта реализации ролика с втулкой, гильзой, валом и соединительным элементом;

на фиг. 3 – изображение в разобранном виде варианта реализации соединительного элемента ролика и способа его вставки в ролик;

на фиг. 4a и 4b – вариант реализации соединительного элемента ролика;

на фиг. 5 – вариант реализации ролика с двумя торцовыми отверстиями для вставки соединительных элементов;

на фиг. 6 – возможное расположение различных слоев ролика;

на фиг. 7 – различные варианты реализации крепежных средств.

Настоящее изобретение относится к устройству 1 для непрерывного нанесения покрытия методом горячего погружения, включающему в себя ванну 2, заполненную расплавленным металлом 3, погружной ролик 4 и по меньшей мере один направляющий ролик 5, причем по меньшей мере один из указанных направляющих роликов 5 установлен на опоре 6, содержащей по меньшей мере соединительный элемент 7 и втулку 8, причем указанный соединительный элемент 7 содержит три последовательно установленные части:

- первую соединительную часть 9, соединяющуюся с втулкой 8;

- вторую соединительную часть 10, содержащую по меньшей мере одно крепежное средство 11, прикрепляемое к торцу указанного ролика 5; и

- третью соединительную часть 12, поперечное сечение которого имеет форму параллелепипеда с закругленными углами 13, причем указанная третья соединительная часть 12 вставляется внутрь указанного ролика 5;

причем указанный соединительный элемент 7 выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого выше коэффициента термического расширения материала указанного ролика 5, причем указанный коэффициент термического расширения выбирается таким образом, чтобы указанная третья соединительная часть 12 запрессовывалась в указанный ролик 5 при погружении в ванну с расплавленным металлом 3.

В приведенном ниже описании рассматривается использование соединительного элемента с по меньшей мере соединительным элементом 7 с по меньшей мере одним направляющим роликом 5. Однако возможные варианты реализации соединительного элемента не ограничиваются вариантом с по меньшей мере одним направляющим роликом, и предлагаемый соединительный элемент может использоваться вместе с погружным роликом 4 и может вставляться в него.

С помощью устройства по п. 1 ролик устанавливается с возможностью вращения без какого-либо значительного повреждения благодаря закругленным кромкам третьей соединительной части. Кроме того, крепежные средства обеспечивают возможность безопасной транспортировки ролика при комнатной температуре, а также правильную установку ролика перед началом использования. При комнатной температуре между валом и основной карбоновой частью ролика имеется зазор; иными словами, при комнатной температуре посадка с натягом отсутствует.

Как показано на фиг. 1, устройство 1 для непрерывного нанесения покрытия методом горячего погружения содержит ванну 2, заполненную расплавленным металлом 3, погружной ролик 4, по меньшей мере один направляющий ролик 5 и полосу S, пропускаемую сквозь указанный расплавленный металл.

Как показано на фиг. 2, по меньшей мере один из роликов 5 (погружной ролик и/или по меньшей мере один направляющий ролик) установлен на опоре 6, состоящей из соединительного элемента 7 и втулки 8. Кроме того, может использоваться гильза 16, устанавливаемая между соединительным элементом 7 и втулкой 8.

Как показано на фиг. 3 и 4 (a и b), соединительный элемент 7 содержит:

- первую соединительную часть 9;

- вторую соединительную часть 10, содержащую по меньшей мере одно крепежное средство 11, прикрепляемое к торцу 5S ролика;

- третью соединительную часть 12 в форме вставляемого в ролик параллелепипеда с закругленными кромками 13.

Несмотря на то, что вал 7 состоит из трех последовательно расположенных частей, предпочтительно, чтобы для изготовления указанного вала 7 использовался единый блок. Это улучшает механические свойства детали.

Первая соединительная часть 9 предназначена для вставки в гильзу 16 или во втулку 8. Когда используется гильза, она должна плотно прилегать к первой соединительной части и по меньшей мере частично закрывать её, чтобы, таким образом, уменьшать износ. При использовании между первой соединительной частью и гильзой или втулкой должен иметься небольшой зазор/люфт, необходимый для вращения ролика.

Вторая соединительная часть 10 является достаточно широкой, чтобы её можно было прикреплять к торцу 5S ролика с помощью крепежных средств 11.

Третья соединительная часть 12 предназначена в основном для соединения ролика 5 с соединительным элементом 7 и передачи крутящего момента от ролика к соединительному элементу. Когда ролик 5 и соединительный элемент 7 погружаются в ванну при температуре, составляющей обычно от 400°C до 700°C, соединительный элемент запрессовывается в ролик 5. Эта запрессовка происходит вследствие разности коэффициентов термического расширения ролика 5 и соединительного элемента 7 (коэффициент термического расширения соединительного элемента 7 больше коэффициента термического расширения ролика 5). На требуемую степень запрессовки значительное влияние оказывают три параметра, а именно, риск поломки, механические характеристики внутренней части ролика и третьей соединительной части, и передача крутящего момента. С одной стороны, если запрессовка слишком сильная, может произойти поломка или повреждение третьей соединительной части и/или внутренней части ролика. С другой стороны, при слишком слабой запрессовке передача крутящего момента от ролика к соединительному элементу происходит неэффективно.

Несмотря на то, что это зависит от материала, используемого для изготовления соединительного элемента и карбоновой внутренней части ролика, и их коэффициентов термического расширения, величина натяга при запрессовке составляет обычно от -0,10 мм до -0,25 мм.

Третья соединительная часть 12 выполнена в форме параллелепипеда, поскольку при износе или разрушении третьей соединительной части такая форма все еще обеспечивает передачу крутящего момента, тогда как если бы третья соединительная часть была цилиндрической, величина натяга при запрессовке могла бы оказаться недостаточной для передачи крутящего момента. Иными словами, износ или разрушение третьей соединительной части в форме параллелепипеда оказывают меньшее влияние на передачу крутящего момента, чем при износе или разрушении третьей соединительной части цилиндрической или круглой формы. Кроме того, важно, чтобы кромки 13 параллелепипеда не были острыми или прямоугольными, поскольку в таких случаях чаще происходит их разрушение.

Для регулирования натяга при запрессовке, если он является недостаточным, может использоваться гильза 50. Это позволяет использовать соединительный элемент на роликах с торцовыми отверстиями разных диаметров, повышает универсальность и удобство использования соединительного элемента. Третья соединительная часть 12 должна запрессовываться в гильзу 50, а гильза 50 должна запрессовываться в ролик 5. Такая гильза не должна препятствовать использованию крепежных средств 11.

Как показано на фиг. 5, ролик имеет форму цилиндра, с отверстиями 18 на обоих торцах, проходящими по его оси вращения 17 и предназначенными для установки в них соединительных элементов 7.

Предпочтительно, указанный ролик выполнен в виде карбоновой или керамической матрицы, армированной карбоновыми или керамическими волокнами. Такие ролики позволяют повысить их коррозионную стойкость, поскольку они являются инертными к условиям ванны.

Предпочтительно, указанный ролик выполнен из двух разных карбоновых матриц, армированных карбоновыми или керамическими волокнами. По-видимому, ролики, изготовленные исключительно из карбоновых матриц, армированных карбоновыми волокнами (CFC), обладают более высокой устойчивостью к тепловым ударам, чем ролики, содержащие по меньшей мере керамическую матрицу. Как показано на фиг. 6, внутренняя часть ролика может быть выполнена из углеродного материала 19, а внешний слой вокруг внутренней части может быть выполнен из материала CFC 20.

Предпочтительно, указанный ролик выполнен из керамики. Керамика позволяет обеспечить очень высокую коррозионную стойкость, поскольку она инертна к условиям ванны.

Предпочтительно, указанный соединительный элемент 7 выполнен из металла. Более предпочтительно, указанный соединительный элемент 7 выполнен из стали. Такой выполненный из металла соединительный элемент повышает механическую прочность изделия. Кроме того, это упрощает крепление соединительного элемента 7 к гильзе 16, поскольку крепление возможно посредством сварки.

Предпочтительно, в качестве указанного крепежного средства используется винт. Преимущество указанного крепежного средства заключается в том, что оно является разборным, что повышает возможность повторного использования устройства. Предпочтительно, указанный винт ввинчивается в спиральную вставку. Предпочтительно, используется специальная деталь, такая как шайба, для предотвращения проникновения жидкости сквозь отверстия крепежных средств. С одной стороны, эти крепежные средства позволяют центрировать ось вала относительно оси ролика, сохраняя хорошее центрирование во время транспортировки. С другой стороны, эти крепежные средства позволяют удерживать вал и вторую соединительную часть 10 в контакте с торцом 5S ролика во время использования, а также обеспечивать гидроизоляцию третьей соединительной части от расплавленного металла. Это важно, поскольку вследствие разности коэффициентов термического расширения ролика и соединительного элемента соединительный элемент имеет тенденцию отходить от ролика.

Предпочтительно, как показано на фиг. 7 A-B-C-D, указанная вторая соединительная часть 10 содержит отверстия 21 для вставки в них по меньшей мере трех крепежных средств 11. Наличие по меньшей мере трех крепежных средств позволяет лучше осуществлять транспортировку ролика, а также обеспечивает лучшее центрирование вала, что также снижает нагрузку на каждое крепежное средство. Предпочтительно, барицентром крепежных средств 11 является ось вращения 17 ролика. Очевидно, такая конфигурация позволяет равномерно распределить нагрузку и увеличивает срок службы крепежных средств.

Объектом настоящего изобретения является также способ установки в устройстве по пп. 1-9, при котором используется расплавленный металл при температуре T_{распл.металла}., и по меньшей мере с одним из указанных роликов 5 выполняются следующие операции:

- вставка указанной третьей соединительной части 12 соединительного элемента 7 в указанный ролик 5;

- крепление соединительного элемента 7 к ролику 5 с помощью указанных крепежных средств 11;

- предварительный нагрев указанного ролика 5 и указанного прикрепленного соединительного элемента 7 до температуры T_{предварит.нагрева} в диапазоне 100°C < T_{предв.нагрева} < T_{распл.металла} + 100°C в течение от 8 часов до 5 суток;

- помещение указанного ролика 5 с указанным прикрепленным к нему соединительным элементом 7 в указанный расплавленный металл 3.

Указанные операции позволяют осуществить оптимальную установку ролика. Предварительный нагрев указанного ролика до температуры выше 100°C приводит к запрессовке или по меньшей мере уменьшению зазора, что позволяет безопасно перемещать ролик с прикрепленным к нему соединительным элементом. Он позволяет также устранить остаточную влажность. При выборе температуры предварительного нагрева следует учитывать также стойкость ролика к окислению, чтобы не произошло повреждение ролика во время предварительного нагрева. Кроме того, при выборе температуры предварительного нагрева следует учитывать также стойкость ролика к тепловому удару, чтобы не произошло повреждение указанного ролика при его погружении в расплавленный металл.

Период предварительного нагрева должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить однородную температуру по всему ролику. Указанный период зависит от различных факторов, таких как размер ролика и его термические свойства.

Предпочтительно, указанное уплотнение 15 выполнено из углеродного войлока. Предпочтительно, когда возможно, с крепежными средствами используют шайбы.

Предпочтительно, на соединительный элемент 7 и крепежные средства 11 наносится защитное покрытие перед предварительным нагревом указанного ролика и после вставки указанного соединительного элемента в указанный ролик 5. Очевидно, указанное покрытие защищает соединительный элемент и увеличивает его срок службы. В качестве указанного защитного покрытия может использоваться нитрид бора.

1. Устройство (1) для непрерывного нанесения покрытия методом горячего погружения, включающее ванну (2), заполненную расплавленным металлом (3), погружной ролик (4) и по меньшей мере один направляющий ролик (5), причем по меньшей мере один из указанных направляющих роликов (5) установлен на опоре (6), содержащей по меньшей мере соединительный элемент (7) и втулку (8), причем указанный соединительный элемент (7) содержит три последовательно установленные части:

- первую соединительную часть (9), соединяющуюся с втулкой (8);

- вторую соединительную часть (10), содержащую по меньшей мере одно крепежное средство (11), прикрепляемое к торцу указанного ролика (5); и

- третью соединительную часть (12), поперечное сечение которой имеет форму параллелепипеда с закругленными углами (13), причем указанная третья соединительная часть (12) вставляется внутрь указанного ролика (5);

причем указанный соединительный элемент (7) выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого выше коэффициента термического расширения материала указанного ролика (5), причем указанный коэффициент термического расширения выбирается таким образом, чтобы указанная третья соединительная часть (12) запрессовывалась в указанный ролик (5) при погружении в ванну с расплавленным металлом (3).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный ролик (5) выполнен в виде карбоновой и/или керамической матрицы, армированной карбоновыми или керамическими волокнами.

3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что указанный ролик (2) выполнен из двух разных карбоновых матриц, армированных карбоновыми или керамическими волокнами.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что указанный соединительный элемент (7) выполнен из металла.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве указанного крепежного средства (11) используется винт.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что указанная вторая соединительная часть (10) содержит по меньшей мере три крепежных средства (11).

7. Способ установки в устройстве по пп. 1-6, в котором используется расплавленный металл при температуре T_{распл.металла}, по меньшей мере одного из направляющих роликов (5), включающий следующие операции:

- вставку указанной третьей соединительной части (12) соединительного элемента (7) в указанный ролик (5);

- крепление указанного соединительного элемента (6) к ролику (5) с помощью указанных крепежных средств (11);

- предварительный нагрев указанного ролика (5) и указанного прикрепленного к нему соединительного элемента (7) до температуры T_{предварит.нагрева} в диапазоне 100°C < T_{предв.нагрева} < T_{распл.металла} + 100°C в течение от 8 часов до 5 суток;

- погружение указанного ролика (5) с указанным прикрепленным к нему соединительным элементом (7) в указанный расплавленный металл (3).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что на соединительный элемент (7) и крепежные средства (11) наносят защитное покрытие перед предварительным нагревом указанного ролика и после вставки указанного соединительного элемента в указанный ролик (5).