Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lager zum drehbaren Lagern einer Welle, welche außerhalb des Lagers zumindest teilweise in flüssiges Metall eingetaucht ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer derartigen Lageranordnung.

Schmelztauchbeschichtungsanlagen dienen z. B. zum Verzinken von Metallbändern. Das Metallband wird dabei von einer Haspel abgewickelt und nach einer Reinigung in einer Reinigungsvorrichtung durch einen kontinuierlichen Durchlaufglühofen geführt, um es für eine gute Zinkhaftung und optimale technologische Eigenschaften vorzubereiten. Nach dem Verlassen des Durchlaufglühofens wird das Metallband durch ein Zinkbad geführt. Dabei wird es an einer Bodenrolle bzw. Welle umgelenkt und dann zwischen Stabilisierungsbzw. Korrekturrollen hindurchgeführt, um das Zinkbad in Richtung einer Turmrolle zu verlassen. Das Zinkbad ist hier nur als Beispiel angegeben. Im Allgemeinen wird das Beschichtungsmaterial nachfolgend als Metallschmelze bezeichnet. Nach seinem Austritt aus der Metallschmelze wird das Metallband dann typischerweise durch eine Abblaseinrichtung geführt, in welcher überschüssige Anteile der Metallschmelze von dem Metallband abgeblasen werden, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung gewünschter Dicke auf dem Metallband einzustellen.

Ein Problem bei den bekannten Schmelztauchbeschichtungsanlagen ist die Lagerung der Umlenk- oder Stabilisierungs- oder Korrekturrollen in dem Behälter mit der Metallschmelze, weil diese Rollen vollständig in die Metallschmelze eingetaucht sind. Die Lagerung dieser Rollen kann an Haltearmen erfolgen, mit welchen die Rollen in die Metallschmelze eingetaucht sind. Alternativ kann die Lagerung dieser Rollen auch außerhalb des Behälters mit der Metallschmelze erfolgen. Im Stand der Technik gibt es bereits verschiedene Ansätze zur Realisierung derartiger Lageranordnungen.

Ein erster Ansatz besteht darin, die Lagerung als Wälzlager zu gestalten, wobei diese Wälzlager ausgebildet sein müssen, in der Metallschmelze zu operieren, d. h. die Wälzlager sind dann während ihres Betriebs vollständig in die Metallschmelze eingetaucht. Derartige Wälzlager sind aber derzeit relativ teuer und haben eine kürzere Standzeit als Gleitlager. Alternativ sind im Stand der Technik Lageranordnungen zur Lagerung von Rollen oder Wellen in einer Metallschmelze bekannt, wobei das eigentliche Lager zum drehbaren Lagern der Rolle oder Welle eingehaust ist und durch die entsprechende Einhausung vor einem direkten Kontakt mit der Metallschmelze geschützt ist. Derartige Lageranordnungen finden sich offenbart z. B. in den europäischen Patentschriften EP 2 126 153 B1 oder EP 2 193 215 B1 . Bei diesen beiden bekannten Lageranordnungen wird der Innenraum des Lagergehäuses und damit auch das eigentliche Lager für die Welle bzw. Rolle durch jeweils eine Dichteinrichtung geschützt. Bei den beiden Patentschriften wird der Innenraum des Gehäuses gegen ein Eindringen der Metallschmelze im Bereich des Durchtritts der Welle bzw. Rolle in das Gehäuse jeweils durch einen erzeugten Überdruck einer Gasatmosphäre im Inneren des Gehäuses realisiert. Dieser Gas- Überdruck ist größer oder zumindest gleich dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze im Bereich des Wellendurchtritts. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass diese bekannten Lageranordnungen zwar funktionieren, aber anfällig sind bei Druckschwankungen des Gases in dem Lagergehäuse.

Zum weiteren Stand der Technik wird auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 42 380 A1 verwiesen, die im Rahmen der Diskussion ihres Standes der Technik wiederum verweist auf einen russischen Autorenschein SU 1 157 125. Demnach ist es beim Schmelztauchbeschichten von Metallbändern bekannt, ein Auslaufen der Metallschmelze aus dem Behälter für die Metallschmelze mit Hilfe einer Induktionspumpe zu vermeiden. Derartige Induktionspumpen besitzen Induktionsspulen zur Erzeugung eines Wanderfeldes in dem flüssigen Metall, wenn sich dieses in einem Kanal innerhalb der Induktionspumpe befindet. Durch Wechselwirkung des Wanderfeldes mit in der Metallschmelze induzierten Strömen werden Kräfte auf die Metallschmelze ausgeübt. Die von jeder Induktionsspule entlang des Kanals erzeugten Kräfte auf die Metallschmelze addieren sich auf und es entsteht so ein Druck auf die Metallschmelze in dem Kanal. Die Metallschmelze in dem Kanal wird auf diese Weise in Bewegung gesetzt, beispielsweise in Richtung des Behälters mit der Metallschmelze. Bringt man eine derartige Induktionspumpe mit einer Öffnung in dem Behälter für die Metallschmelze in Verbindung und stellt sicher, dass der in dem Kanal durch die Induktionspumpe erzeugte Druck auf die Metallschmelze dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze in dem Behälter im Bereich der Öffnung entspricht, so kann dadurch verhindert werden, dass die Metallschmelze aus dem Behälter ausläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lageranordnung zum drehbaren Lagern einer Welle, welche außerhalb des Lagers zumindest teilweise in flüssiges Metall eingetaucht ist, und eine Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer derartigen Lageranordnung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Lageranordnung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist die erfindungsgemäße Lageranordnung dadurch gekennzeichnet, dass ihre Dichteinrichtung ausgebildet ist in Form einer Induktionspumpe mit mindestens einer Induktionsspule zum Pumpen des flüssigen Metalls und dass die drehbar gelagerte Welle als Kern für die Induktionsspule ausgebildet und durch die Induktionsspule hindurchgeführt ist.

Die Begriffe „flüssiges Metall" und „Metallschmelze" werden nachfolgend gleichbedeutend verwendet. Durch die Verwendung der Induktionspumpe als Dichteinrichtung kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das eigentliche Lager zum drehbaren Lagern der Welle nicht mit dem flüssigen Metall bzw. der Metallschmelze in Kontakt kommt. Vorteilhafterweise kann dieses Lager dann als handelsübliches bzw. standardmäßiges Wälz- oder Gleitlager ausgebildet sein. Die Dichtwirkung wird dadurch erreicht, dass die Spulen der Induktionspumpe elektrisch derart angesteuert werden, dass sie ein Wanderfeld erzeugen, welches aufgrund einer Wechselwirkung mit in der Metallschmelze in einem inneren Kanal der Induktionspumpe induzierten elektrischen Strömen einen Druck auf die Metallschmelze ausübt und die Metallschmelze somit in eine Richtung fördert.

Erfindungsgemäß füllt die Metallschmelze jedoch nicht den gesamten inneren Kanal der Induktionspumpe aus, sondern vielmehr muss sich die Metallschmelze den Innenraum des Kanals mit der Welle teilen, welche durch die Induktionspumpe hindurch zu dem Lager der Lageranordnung geführt und dort drehbar gelagert ist. Es verbleibt somit nur ein Zwischenraum in Form eines Ringspaltes für das flüssige Metall in dem Kanal. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, den im Stand der Technik bekannten ferromagnetischen Kern der Induktionsspulen einer Induktionspumpe durch eine Welle zu ersetzen und damit die Induktionspumpe als Dichteinrichtung nicht nur zum Abdichten eines Behälters mit flüssiger Metallschmelze, sondern zum Abdichten einer Drehdurchführung zu verwenden.

Vorteilhafterweise muss die Lageranordnung nicht mehr aufwändig für einen Gasüberdruck ausgebildet sein, wie dies im Stand der Technik zum Teil erforderlich war. Durch die Induktionspumpe als Dichteinrichtung wird das eigentliche Lager für die Welle von der Metallschmelze freigehalten und es kann so ein preisgünstiges Standardlager verwendet werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Lager in Form von mindestens zwei Lagereinheiten, vorzugsweise zwei Wälzlagereinheiten, ausgebildet. Die Lagereinheiten sind axial zueinander beabstandet in derselben Lageranordnung angeordnet. Vorzugsweise weisen die zwei Lagereinheiten einen axialen Abstand a zueinander auf mit 0,3 x Wellendurchmesser < a < 4 x Wellendurchmesser. Das Vorsehen der beiden Lagereinheiten bietet den Vorteil, dass innerhalb der Durchführung nur eine minimale Verkippung der Welle erfolgt bzw. erfolgen kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Lager axial versetzt zu der Dichteinrichtung und die Dichteinrichtung zwischen dem Lager und dem flüssigen Metall angeordnet. Die Dichteinrichtung in Form der Induktionspumpe wird dabei so betrieben, dass sie ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt, welches so gerichtet ist, dass das flüssige Metall in dem Kanal der Induktionspumpe von dem Lager weggedrückt bzw. -bewegt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Induktionspumpe, einer elektrischen Spannungsquelle für die Induktionspumpe sowie für ein Gehäuse der Lageranordnung und für die Welle als Kern der Induktionsspule sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche bezogen auf die Lageranordnung.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Schmelztauchbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 8 gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf die Lageranordnung genannten Vorteilen.

Die Welle kann auch repräsentativ für die Rollenzapfen einer Rolle stehen. Die Rolle weist dann zwischen ihren Rollenzapfen einen Rollenkörper bzw. einen Rollenballen auf zum Umlenken oder Stabilisieren des Metallbandes beim Durchlaufen durch die Metallschmelze.

Bei der beanspruchten Schmelztauchbeschichtungsanlage kann die erfindungsgemäße Lageranordnung entweder außerhalb des Behälters mit der Metallschmelze oder an dem freien Ende eines Haltearmes angeordnet sein, wobei die erfindungsgemäße Lagerung dann beispielsweise mit der in ihr gelagerten Welle bzw. Rolle mit Hilfe des Haltearmes in die Metallschmelze eintauchbar ist. Konkrete Ausgestaltungen der Schmelztauchbeschichtungsanlage mit diesen beiden alternativen Befestigungen der Lageranordnungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche bezogen auf die Schmelztauchbeschichtungsanlage.

Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei Figur 1 die Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer Befestigung der erfindungsgemäßen Lageranordnung außerhalb des Behälters für die Metallschmelze; und

Figur 2 die erfindungsgemäße Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer

Befestigung der erfindungsgemäßen Lageranordnung an einem

Haltearm zum Betrieb innerhalb der Metallschmelze zeigt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In beiden Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Schmelztauchbeschichtungsanlage 500 zum Beschichten eines Metallbandes mit einer Metallschmelze 310. Die Anlage umfasst einen Behälter 300, welcher mit der Metallschmelze 310 befüllt ist. In der Metallschmelze befindet sich eine drehbare Welle 200. Alternativ zu der Welle kann auch eine Rolle mit einem Rollenballen bzw. Rollenkörper 250 und mit Rollenzapfen vorgesehen sein. Der Einfachheit halber werden die Rollenzapfen nachfolgend auch als Welle 200 bezeichnet. Zum Beschichten mit der Metallschmelze wird das Metallband in die Metallschmelze eingeleitet und mit Hilfe der Welle bzw. Rolle innerhalb des Behälters 300 bzw. innerhalb der Metallschmelze 310 umgelenkt.

Die Welle 200 ist durch eine Öffnung 320 (Wellendurchbruch) in der Wand des Behälters 300 nach außerhalb des Behälters geführt und dort in einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 100 drehbar gelagert. Genauer gesagt ist die Welle 200 in einem Lager 1 10, z. B. einem standardmäßigen Wälz- oder Gleitlager, drehbar gelagert. Um zu verhindern, dass die Metallschmelze 310 durch einen Zwischenraum bzw. Ringspalt zwischen der Öffnung 320 in der Behälterwand und der Welle 200 austritt und das Lager 1 10 flutet, sieht die erfindungsgemäße Lageranordnung 100 eine Dichteinrichtung 120 vor, welche erfindungsgemäß als Induktionspumpe ausgebildet ist.

Die Induktionspumpe ist axial zu dem Lager 1 10 versetzt und zwischen dem Lager 1 10 und dem flüssigen Metall 310, hier genauer gesagt der Öffnung 320 in dem Behälter 300 angeordnet. Die Induktionspumpe 120 weist in ihrem Inneren einen Kanal 121 auf, welcher auch als Rohr ausgebildet sein kann. Der Kanal bzw. das Rohr für die Metallschmelze 310 ist dichtend mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300 derart verbunden, dass der Kanal 121 mit der Öffnung 320 fluidtechnisch kommuniziert. Zwischen der Innenseite des Kanals und der Welle 200, welche in dem Kanal geführt ist, ist der Zwischenraum 123 bzw. Ringspalt ausgebildet, in welchen die Metallschmelze 310 nach Durchtritt durch die Öffnung 320 grundsätzlich eindringen kann. Durch einen geeigneten Betrieb der Induktionspumpe wird jedoch verhindert, dass die Metallschmelze 310 durch diesen gesamten Zwischenraum hindurchfließt und an dem der Öffnung 320 gegenüberliegenden Ende des Kanals aus der Induktionspumpe austritt.

Für den Betrieb wird die Induktionspumpe 120 von einer elektrischen Spannungsquelle mit einer dreiphasigen Wechselspannung versorgt zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes in dem flüssigen Metall 310, wenn sich dieses in dem Zwischenraum 123 befindet. Durch die Wechselwirkung dieses Wanderfeldes mit einem in der Metallschmelze induzierten Strom wird ein Druck auf die Metallschmelze 310 in dem Zwischenraum 123 derart ausgeübt, dass die Metallschmelze 310 in Richtung auf die Öffnung 320 hin aus dem Kanal 121 gedrückt wird. Der in der Metallschmelze 310 aufgebaute Druck ist dabei größer oder gleich dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze 310 im Bereich der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300. Auf diese Weise wird die Lageranordnung 100 gegen ein Eindringen der Metallschmelze 310 durch die Öffnung 320 geschützt. Die Lageranordnung 100 kann in einem Gehäuse 130 eingehaust sein. Das Lager 1 10 und die Induktionspumpe 120 sind dann durch das Gehäuse 130 geschützt. Das Gehäuse 130 weist seinerseits eine Öffnung 132 (Wellendurchbruch) auf, welche vorzugsweise mit dem Kanal 121 bzw. mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters 300 fluchtet. Für den Betrieb der Induktionspumpe 120 ist es vorteilhaft, wenn die durch sie hindurchgeführte Welle 200 als Kern der Induktionsspulen 122 der Induktionspumpe 120 fungiert und zu diesem Zweck beispielsweise aus ferromagnetischem Material gebildet ist.

Figur 2 zeigt eine alternative Ausbildung der Schmelztauchbeschichtungsanlage 500 mit einer alternativen Lagerung der Rolle bzw. Welle 200. Im Unterschied zur Figur 1 taucht die erfindungsgemäße Lageranordnung 100, eingehaust in das Gehäuse 130 vollständig in die Metallschmelze ein. Zu diesem Zweck ist die Lageranordnung 100 an dem freien Ende eines Haltearmes 340 befestigt, mit welchem sie in die Metallschmelze 310 eintauchbar ist.

Für den Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lageranordnung 100 wird auf die entsprechende Beschreibung zur Figur 1 verwiesen; die dort gegebene Beschreibung der Lageranordnung gilt hier analog. Der einzige Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht darin, dass die Öffnung 132 in der Wand des Gehäuses 130 bzw. die Verlängerung des Kanals 121 nicht mit der Öffnung 320 in der Wand des Behälters fluidtechnisch kommuniziert, sondern direkt der Metallschmelze 310 ausgesetzt ist. Aber auch bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel muss die Induktionspumpe 120 als Dichteinrichtung gewährleisten, dass ein Eindringen der Metallschmelze 310 in den Bereich des Lagers 1 10, in dem die Welle 200 drehbar gelagert ist, verhindert wird. Auch hier wird dies dadurch verhindert, dass die Induktionspumpe 120 so betrieben wird, dass ihre Induktionsspulen 122 ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugen, welches bei einer Wechselwirkung mit einem in der Metallschmelze 310 in dem Zwischenraum 123 induzierten Strom einen Druck auf die Schmelze ausübt. Der Druck auf die Metallschmelze wirkt dabei in einer Richtung von dem Lager 1 10 weg. Der Druck der Metallschmelze ist dabei so groß, dass der hydrostatische Druck der Schmelze im Bereich der Öffnung 132 kompensiert und somit ein weiteres Eindringen der Metallschmelze in das Innere des Gehäuses 130, insbesondere in den Bereich des Lagers 1 10, wirksam verhindert wird.

Bezugszeichenliste

100 Lageranordnung

1 10 Lager

120 Dichteinrichtung bzw. Induktionspumi

121 Kanal

122 Induktionsspule

123 Zwischenraum

130 Gehäuse

132 Öffnung in Wand des Gehäuses

200 Welle

250 Rollenkörper

300 Behälter

310 flüssiges Metall

320 Öffnung in der Wand des Behälters

340 Haltearm

400 elektrische Spannungsquelle

500 Schmelztauchbeschichtungsanlage