ЛЕНТОЧНЫЙ ШЛЮЗ Российский патент 2011 года по МПК C21D1/74 C23C14/56 B01J3/03 

Изобретение касается шлюза для уплотнения первой камеры от второй камеры, причем через обе камеры проходит лента, в частности металлическая лента, причем для уплотнения камер предусмотрены, по меньшей мере, два ролика, которые прилегают с уплотнением к ленте с двух сторон.

При изготовлении и улучшении металлической ленты, в частности стальной ленты, порой требуется провести процесс в разреженной среде (вакуумный процесс). Для этого лента вводится в камеру, которая имеет по сравнению с давлением окружающей среды пониженный уровень давления. Чтобы достичь непрерывного процесса, необходимы шлюзы названного типа, которые уплотняют ленту между камерами различных уровней давления. Шлюзы служат, таким образом, прежде всего, для установления разницы давлений между двумя областями обработки ленты.

Шлюзы упомянутого типа известны, например, из DE 448383 С2 и из DE 19960751 А1. Там описано, что на шлюзовой ступени к ленте прилегают два уплотнительных ролика, чтобы ее уплотнить, а именно первый уплотнительный ролик на верхней стороне и второй ролик на нижней стороне ленты. Чтобы улучшить плотность шлюзовой ступени, выполненные цилиндрическими валики покрыты по окружности оболочкой из эластичного упругого материала. Оболочка может прилегать плотно к наружной поверхности ленты и так повысить плотность шлюза.

Подобные шлюзы используются вообще для продукции с соотношением ширины к толщине значительно больше 1. Они могут быть также применены, чтобы уплотнить друг от друга камеры, в которых применяются различные средства для обработки ленты.

Названные известные решения работают при этом не всегда полностью удовлетворительно. Это справедливо, в частности, когда в зависимости от партии ширина уплотняемой ленты изменяется. Настройка шлюза под ленты различной ширины связана с затратами и показывает не всегда хороший результат уплотнения.

Данное изобретение имеет в своей основе задачу так модернизировать шлюз названного вначале типа, чтобы могло быть достигнуто улучшение относительно уровня техники. Шлюз должен иметь, таким образом, улучшенный эффект уплотнения и быть применим для лент различной ширины.

Решение этой задачи посредством изобретения отличается тем, что, по меньшей мере, один из роликов оснащен по окружности, по меньшей мере, частично, упругим эластичным материалом, причем, по меньшей мере, один ролик имеет внутренний стержень, который оснащен оболочкой из упругого эластичного материала, причем внутренний стержень в средней зоне имеет цилиндрический контур, и причем стержень расширен в зонах своих краев.

За счет этого можно значительно улучшить уплотнительную способность роликов в критической зоне краев ленты.

Предпочтительно стержень состоит из двух частей, которые в аксиальном направлении имеют возможность перемещения друг к другу. Благодаря этому простым способом шлюз может быть настроен на ленту различной ширины.

Один из взаимодействующих роликов может иметь общий по всей аксиальной длине цилиндрический контур постоянного диаметра. При этом наружная поверхность имеющего в общем цилиндрический контур ролика может состоять из стали. Может быть также предусмотрено, что имеющий общий цилиндрический контур ролик может быть оснащен упругим эластичным материалом.

В качестве альтернативы и предпочтительно предусмотрено, что оба взаимодействующих ролика имеют внутренний стержень с расширенным в зоне краев контуром.

Обе аксиально подвижные друг к другу части стержня могут иметь в их зоне контакта дополняющую форму поперечного сечения.

По меньшей мере, один ролик может быть оснащен, кроме того, по всей его аксиальной протяженности оболочкой из упругого эластичного материала. В качестве альтернативы, кроме того, предусматривается, что, по меньшей мере, один ролик только в его аксиальных краевых областях оснащен оболочкой из упругого эластичного материала.

Для эффективного уплотнения заднего пространства может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один ролик набегает на, по меньшей мере, один уплотняющий ролик, который расположен на той же стороне ленты. Уплотняющий ролик может при этом набегать на другой уплотняющий ролик. По меньшей мере, один из уплотняющих роликов может при этом набегать на уплотняющую поверхность. При этом предпочтительно предусмотрено, что уплотняющая поверхность выполнена вогнутой, в частности согласована с формой контактирующего с ней уплотняющего ролика.

В аксиальной концевой зоне, по меньшей мере, одного ролика может быть расположен уплотнительный элемент, который контактирует с торцевой поверхностью, по меньшей мере, одного ролика. Уплотнительный элемент может быть при этом так расположен, что он прилегает к торцевой поверхности, по меньшей мере, одного ролика, эластично поджатый посредством упругого элемента в аксиальном направлении.

В аксиальной концевой зоне, по меньшей мере, одного ролика может, кроме того, быть расположен уплотнительный элемент, который через боковой, набегающий на кромку ленты ведущий ролик удерживается на определенном расстоянии от кромки ленты. Тем самым износ уплотняющего элемента может быть значительно снижен.

Чтобы создать высокие разницы давлений, оказалось эффективным, если несколько ступеней шлюзов расположены друг за другом в направлении движения ленты.

Шлюз предпочтительно применяется, чтобы служить для уплотнения первой камеры с первым уровнем давления от второй камеры со вторым, отличным от первого уровня давления, уровнем давления. Он может также применяться при одинаковых давлениях в камерах, если в них должны быть уплотнены друг от друга различные среды; в этом случае предусмотрено, что шлюз применяется для уплотнения первой камеры с первой средой процесса от второй камеры со второй, отличной от первой среды процесса, средой процесса.

На чертежах представлены примеры осуществления изобретения. Они показывают:

фиг.1 - схематический вид сбоку области процесса для обработки стальной ленты с шлюзами,

фиг.2 - вид сверху на ленту, которая должна быть направлена сквозь шлюз с уплотнением в области процесса в соответствии с фиг.1,

фиг.3 - два взаимодействующих ролика для уплотнения ленты, рассматриваемые в направлении подачи,

фиг.4 - ролик для уплотнения в сечении А-В в соответствии с фиг.3 представлен без оболочки из эластичного материала,

фиг.5 - вариант выполнения двух уплотнительных роликов, которые прилегают к ленте, причем ролики представлены рассматриваемыми один раз в направлении подачи и один раз рассматриваемыми в осевом направлении роликов,

фиг.6 - альтернативная форма выполнения двух уплотнительных роликов, в представлении в соответствии с фиг.5,

фиг.7 - в схематическом представлении первый вариант выполнения ролика вместе с оболочкой из эластичного материала,

фиг.8 - в схематическом представлении второй вариант выполнения ролика вместе с оболочкой из эластичного материала,

фиг.9 - в схематическом представлении третий вариант выполнения ролика вместе с оболочкой из эластичного материала,

фиг.10 - аналогичное фиг.9 представление ролика вместе с оболочкой из эластичного материала с отдельными деталями,

фиг.11 - ролик сверху уплотняемой ленты с расположенным сзади него уплотнительным роликом, при рассмотрении в осевом направлении ролика,

фиг.12 - альтернативное фиг.11 осуществление ролика с двумя расположенными сзади него уплотнительными роликами, при рассмотрении в осевом направлении ролика,

фиг.13а - ролик вместе с устройством для его бокового уплотнения, рассмотренный в осевом направлении и

фиг.13b - относящийся к фиг.13а вид сверху,

фиг.14 - схематическое представление шлюза с несколькими шлюзовыми ступенями,

фиг.15а - устройство для бокового уплотнения ленты, рассмотренное в направлении подачи,

фиг.15b - устройство для бокового уплотнения в соответствии с фиг.15а, рассмотренное в осевом направлении ролика и

фиг.15с - вид сверху устройства для бокового уплотнения в соответствии с фиг.15а.

На фиг.1 показана зона процесса 25, через которую непрерывно должна проводиться лента 4 в направлении подачи F. В зоне процесса 25 действует второе давление p₂, которое снижено по сравнению с давлением p₁ окружающей среды (первое давление). Чтобы разницу давлений Δp между обоими давлениями поддерживать также и при непрерывном режиме, в направлении подачи F перед и после зоны 25 процесса находится по одному шлюзу 1. Окружающая среда представляет собой, таким образом, первую камеру 2, и зона 25 процесса - вторую камеру 3, в которых господствуют различные давления. Для обеспечения герметичности каждый шлюз имеет, по меньшей мере, два ролика, которые далее рассмотрены подробнее.

Лента 4 должна проводиться через обрабатывающее устройство максимально непрерывно. Для этого рулоны ленты должны соединяться друг с другом началом и, соответственно, концом посредством сварки. При этом, как это видно на фиг.2, ширина и/или толщина ленты 4 в месте соединения может более или менее постоянно изменяться. Передняя в направлении подачи F лента 4 имеет в примере осуществления в соответствии с фиг.2 большую ширину В₂, чем следующая лента 4, которая имеет ширину B₁. Как показано, снятие фаски на кромке делает возможным непрерывный переход.

Чтобы ролики для уплотнения ленты 4 улучшенным способом сделать пригодными для продукции с переменной толщиной и/или шириной, предусмотрена форма роликов, как они представлены на фиг.3.

Здесь, прежде всего, представлена лента 4, а именно при рассмотрении в направлении подачи F. Для уплотнения ролик 5 прилегает к верхней стороне ленты 4, а ролик 6 к нижней стороне ленты 4. Каждый из роликов 5, 6 имеет стержень из стали, который окружен оболочкой из упругого эластичного материала 7. В то время как стержень 8 имеет в средней зоне 9 цилиндрический внешний контур 10, он расширен радиально в своих боковых зонах 11 и 12, причем расположенная совсем снаружи цилиндрическая зона граничит, прилегая спереди к конической части.

Посредством радиально расширенной краевой зоны стержня 8 и, тем самым, также материала 7 в краевой зоне роликов 5, 6 достигается улучшенное уплотняющее действие.

Чтобы это могло быть оптимально использовано также на лентах 4 различной ширины, стержень 8 состоит из двух частей 8' и 8'', которые подвижны относительно друг друга в осевом направлении "а". При этом обе части 8', 8'' так выполнены в своих контактных местах, что в сечении они имеют дополняющую форму, как это следует из фиг.4.

С таким выполнением возможно с помощью не представленного приводного средства в осевом направлении "а" выдвигать друг из друга или сдвигать вместе ролики 5, 6, чтобы настроить аксиальную длину цилиндрической зоны 10 стержня 8 под фактическую ширину ленты. Этим достигается, что при лентах различной ширины будет достигнут оптимальный уплотнительный эффект посредством роликов 5, 6.

Стержни 8 обтянуты, таким образом, оболочкой из упругого материала 7, причем он радиально растяжим. Подгонка по ширине ленты 4 производится посредством вдвигания друг в друга, соответственно, выдвигания друг из друга частей стержня 8 в аксиальном направлении "а". Подгонка по толщине ленты производится посредством органа управления (например, разжимными оправками) под эластичным материалом 7.

На фиг.5 представлен еще раз принцип устройства в соответствии с фиг.3, то есть оба ролика 5, 6, каждый из которых имеет оболочку из эластичного материала 7 и так прилегает к ленте 4, что она оптимально уплотнена. Лишь в зоне кромки 20 ленты остается открытый незаполненный промежуток, который тем меньше, чем эластичнее материал 7.

Лента 4, таким образом, располагается в эластичном материале 7. Зоны по бокам ленты уплотнены непосредственно за счет контакта с оболочкой ролика. Упругость материала 7 делает возможным уплотнения лент различной толщины в типовой рабочей зоне без перестановки роликов.

Однако также возможно, что только один ролик 5 выполнен так и взаимодействует с роликом 6, который, например, имеет стальную оболочку, которая не имеет эластичности по наружной поверхности. Это представлено на фиг.6. Прилегание эластичного материала 7 получается здесь, как показано.

На фигурах 7, 8 и 9 схематически представлены различные формы выполнения роликов 5, 6.

На фиг.7 оболочка из эластичного материала 7 имеет по всей длине ролика 5, 6 в аксиальном направлении "а" постоянную толщину; обозначенный здесь цилиндрический контур 10 ролика 5, 6 постоянен по всей ширине ролика.

В соответствии с решением по фиг.8 цилиндрический контур 10 стержня 8 в средней зоне ролика 5, 6 в диаметре снижается в пользу более толстой здесь оболочки из эластичного материала 7.

В решении в соответствии с фиг.9 эластичный материал 7 расположен только в зоне краев ролика 5, 6, так как, в конце концов, здесь расположено критическое место уплотнения (в зоне кромки ленты).

Решение в соответствии с фиг.9 представлено на фиг.10 более детально. Здесь показано, что оболочки из эластичного материала 7 уложены на стержни 8 через втулки 26. Цилиндрическая средняя зона 10 выполнена меньше, чем минимальная ширина ленты. Оболочки из эластичного материала 7 всегда уплотняют кромку ленты 20. Посредством втулок 26 оболочки из эластичного материала 7 могут легко сменяться.

На фиг.11 представлено, как может быть осуществлено уплотнение заднего пространства шлюза. Ролик 5, 6 прилегает к уплотнительному ролику 13, который проходит в длину в направлении "а" так же, как и ролик 5, 6. Уплотнительный ролик 13 в свою очередь набегает на уплотнительную поверхность 15, которая, в соответствии с формой уплотнительного ролика 13, имеет вогнутую поверхность набегания. Эта поверхность набегания представляет собой скользящую поверхность, соответственно скользящую опору.

В уплотняющий камеру процесса ролик 5, 6 вдавлен таким образом твердый уплотнительный ролик 13. Они образуют в комбинации с поддерживающей поверхностью 15 скольжения уплотнение в зоне заднего пространства. Это уплотнение работает также при использовании упругого материала 7; уплотнительный ролик 13 соответственно вдавливается в оболочку из упругого материала 7.

На фиг.12 представлено, что этот принцип соответственно может быть использован также, если применяются два уплотнительных ролика 13 и 14. Уплотнительный ролик 13 может быть выполнен здесь как упругий уплотнительный ролик. Он уплотняется твердым уплотнительным роликом 14 на оборотной стороне. Уплотнительный ролик 14 обеспечивает в комбинации с опорной поверхностью скольжения 15 уплотнение зоны заднего пространства.

Боковое уплотнение может быть произведено посредством нажимной детали или уплотнительной пластины, как представлено на фиг.13а и 13b.

Боковое уплотнение осуществляется через упругий уплотняющий элемент 16, который выполнен прилегающим в виде уплотнительной пластины. Уплотнительный элемент 16 уплотняет торцевую сторону 17 ролика 5, 6. Для лучшего уплотняющего воздействия между стационарной ответной пластиной 27 и уплотнительным элементом 16 действует упругий элемент 18, который прижимает уплотнительный элемент 16 в аксиальном направлении "а" к торцевой стороне 17 ролика 5, 6. Упругий элемент 18 может быть, например, щеткой или из пеноматериала.

В случае уплотнения заднего пространства уплотнительными роликами при необходимости производится проведение шейки вала, соответственно, нажимной детали для аксиального опирания уплотнительного ролика через боковую уплотнительную зону. В качестве альтернативы твердая уплотнительная деталь в зоне уплотнительных роликов может быть насажена на уплотнительный элемент 16.

Посредством аксиального опирания должен быть предотвращен подъем уплотнительного элемента 16 при появлении аксиальных сил на уплотнительный ролик и связанная с этим негерметичность.

На фиг.14 представлено, что может быть предусмотрено несколько шлюзовых ступеней 22, 23, 24, чтобы создать соответствующие разницы давлений внутри границ 28 камеры и так постепенно создать или снизить давление вдоль шлюза 1.

Давление нарастает или падает постепенно от давления p₁ через давление р₂ и давление р₃ до давления р₄. Здесь выбрано каскадное построение, чтобы давление повышать или снижать от шлюзовой ступени к шлюзовой ступени. Из этого следует, что подлежащая максимальному уплотнению разница давлений в зоне роликов всегда распространяется только на подлежащую уплотнению в зоне процесса актуальной шлюзовой ступени разницу давлений.

Следствием является снижение объемов утечки при откачивании.

На фиг.15а, 15b и 15с представлена в заключение еще одна уплотнительная система для шлюза, которая, прежде всего, подходит для лент с переменной толщиной и шириной.

Уплотнение в зоне кромки 20 ленты производится посредством представленного устройства. Для подгонки устройства под актуальную ширину ленты производится предварительное позиционирование бокового уплотнительного элемента 19. Для уплотнения заднего пространства предусмотрен другой уплотнительный элемент 29.

Подстройка под маленькие изменения ширины ленты, соответственно положение ленты, производится посредством воздействия упругого элемента 30. Чтобы защитить уплотнительный элемент 19 от износа, предусмотрен бегущий по кромке 20 ленты направляющий ролик 21, который выдерживает маленький отступ "s" уплотнительного элемента 19 от кромки 20 ленты.

Уплотнение в зоне кромки ленты достигается, таким образом, через уплотнительную систему из многих частей. Упруго нагруженный и подвижный уплотнительный элемент 19 (скользящая деталь) подходит самостоятельно под имеющееся место установки ролика. Уплотнение ролика 5, 6 производится в зоне обратного пространства посредством уплотнительной планки 31 в скользящем контакте.

С представленным решением могут быть уплотнены друг относительно друга камеры с различным давлением, а также камеры с равным давлением, в которых находятся различные среды процесса, в частности процессные газы, а также жидкости. Поскольку предусмотрены боковые ролики, которые набегают на кромки ленты, может быть этим достигнуто боковое направление ленты. Бегущие по поверхности ленты ролики могут быть использованы для направления прикрывающих элементов.

Список ссылочных позиций

1 шлюз

2 первая камера

3 вторая камера

4 лента

5 ролик

6 ролик

7 упругий эластичный материал

8 внутренний стержень

8' часть стержня

8'' часть стержня

9 средняя зона

10 цилиндрический контур

11 краевая зона

12 краевая зона

13 уплотнительный ролик

14 уплотнительный ролик

15 уплотнительная поверхность

16 уплотнительный элемент

17 торцевая сторона ролика

18 упругий элемент

19 уплотнительный элемент

20 кромка ленты

21 направляющий ролик

22 шлюзовая ступень

23 шлюзовая ступень

24 шлюзовая ступень

25 зона процесса

26 втулка

27 ответная пластина

28 граница камеры

29 уплотнительный элемент

30 упругий элемент

31 уплотнительная планка

p₁ первый уровень давления

p₂ второй уровень давления

p₃ следующий уровень давления

p₄ следующий уровень давления

Δp разница давлений

F направление подачи

а осевое направление

s отступ

B₁ ширина ленты

В₂ ширина ленты

Изобретение относится к шлюзам для уплотнения. Для улучшения уплотняющего эффекта камер при обработке металлической ленты уплотняют первую камеру от второй камеры, причем затвор содержит, по меньшей мере, два ролика (5, 6), которые с уплотнением прилегают к ленте (4) с двух сторон, при этом, по меньшей мере, один ролик (5, 6) имеет внутренний стержень (8) с оболочкой из упругого эластичного материала (7), причем стержень в средней зоне (9) выполнен в виде цилиндрического контура (10), а в краевых зонах (11, 12) - радиально расширенным по сравнению со средней зоной (9), при этом ролик (5, 6) в краевых зонах (11, 12) радиально расширен по сравнению со средней зоной (9). 20 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Затвор для уплотнения камер при обработке металлической ленты, причем уплотняют первую камеру (2) от второй камеры (3), содержащий, по меньшей мере, два ролика (5, 6), которые с уплотнением прилегают к ленте (4) с двух сторон, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ролик (5, 6) имеет внутренний стержень (8) с оболочкой из упругого эластичного материала (7), причем стержень в средней зоне (9) выполнен в виде цилиндрического контура (10), а в краевых зонах - (11, 12) радиально расширенным по сравнению со средней зоной (9), при этом ролик (5, 6) в краевых зонах (11, 12) радиально расширен по сравнению со средней зоной (9).

2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что стержень (8) состоит из двух частей (8', 8''), которые выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга в осевом направлении.

3. Затвор по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что один из взаимодействующих роликов (5, 6) в средней зоне имеет проходящий через всю аксиальную длину цилиндрический контур с постоянным диаметром.

4. Затвор по п.3, отличающийся тем, что верхняя поверхность имеющего сплошной цилиндрический контур ролика (5, 6) выполнена из стали.

5. Затвор по п.3, отличающийся тем, что ролик (5, 6), имеющий сплошной цилиндрический контур, снабжен упругим эластичным материалом (7).

6. Затвор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что оба взаимодействующих ролика (5, 6) имеют внутренний стержень (8) с расширенным в краевых зонах (11, 12) контуром.

7. Затвор по п.2, отличающийся тем, что подвижные относительно друг друга части стержня (8', 8'') в своей зоне контакта имеют дополняющую друг друга форму сечения цилиндрического контура.

8. Затвор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ролик (5, 6) выполнен в средней зоне с оболочкой из упругого эластичного материала (7) по всей своей аксиальной длине.

9. Затвор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ролик (5, 6) выполнен с оболочкой из упругого эластичного материала (7) только в своих аксиальных краевых зонах.

10. Затвор по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ролик (5, 6) выполнен с оболочкой из упругого эластичного материала (7) только в своих аксиальных краевых зонах цилиндрического контура.

11. Затвор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ролик (5, 6) контактирует, по меньшей мере, с одним уплотнительным роликом (13), который расположен на той же стороне ленты.

12. Затвор по п.11, отличающийся тем, что уплотнительный ролик (13) контактирует с другим уплотнительным роликом (14).

13. Затвор по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из уплотнительных роликов (13, 14) контактирует с уплотнительной поверхностью (15).

14. Затвор по п.12, отличающийся тем, что уплотнительная поверхность (15) выполнена вогнутой, в частности согласованной с формой контактирующего уплотнительного ролика (13, 14).

15. Затвор по п.1, отличающийся тем, что в аксиальной зоне конца, по меньшей мере, одного ролика (5, 6) расположен уплотнительный элемент (16), который контактирует с торцевой поверхностью (17), по меньшей мере, одного ролика (5, 6).

16. Затвор по п.15, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (16) расположен так, что он посредством упругого элемента (18) в аксиальном направлении (а) с упругим предварительным напряжением прилегает к торцевой стороне (17), по меньшей мере, одного ролика (5, 6).

17. Затвор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в аксиальной концевой зоне, по меньшей мере, одного ролика (5, 6) расположен уплотнительный элемент (19), который удерживается посредством бокового, набегающего на кромку (20) ленты направляющего ролика (21) с изменяемым отступом (s) от кромки (20) ленты.

18. Затвор по п.9, отличающийся тем, что в аксиальной концевой зоне, по меньшей мере, одного ролика (5, 6) расположен уплотнительный элемент (19), который удерживается посредством бокового, набегающего на кромку (20) ленты направляющего ролика (21) с изменяемым отступом (s) от кромки (20) ленты.

19. Затвор по п.1, отличающийся тем, что друг за другом в направлении подачи ленты расположено несколько камер с затворами (22, 23, 24).

20. Затвор по любому из пп.1, 19, отличающийся тем, что он предназначен для уплотнения камеры с первым уровнем давления (p₁) от второй камеры со вторым уровнем давления (р₂), отличающимся от первого уровня давления.

21. Затвор по любому из пп.1, 19, отличающийся тем, что он предназначен для уплотнения камеры с первой средой процесса от второй камеры со второй средой процесса, отличающейся от первой среды процесса.