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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband,
in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall
aufnehmenden Behälter
und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchführbar ist, wobei
im Bereich des Führungskanals
ein das Beschichtungsmetall im Behälter zurückhaltendes, eine Magnetkraft
erzeugendes Element, insbesondere ein elektromagnetischer Induktor,
angeordnet ist.
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Übliche
Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil
auf, nämlich
das Beschichtungsgefäß mit der
darin befindlichen Ausrüstung.
Die Oberflächen
der zu beschichtenden Metallbänder
müssen
vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung
mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde
werden die Bandoberflächen
vor der Beschichtung in Wärmeprozessen
in einer reduzierenden Atmosphäre
behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder abrasiv entfernt werden,
werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess
die Oberflächen
so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein
vorliegen.
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Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber
die Affinität
dieser Bandoberflächen
für den
umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff
vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen
kann, werden die Bänder
in einem Tauchrüssel
von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall
in flüssiger
Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen
zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse
jedoch eine Bandberührung
bis zur vollständigen
Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im
Beschichtungsgefäß in senkrechte
Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im
flüssigen Metall
läuft.
Durch das flüssige
Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist
Ursache von Stillständen
und damit Ausfällen
im Produktionsbetrieb.
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Durch die gewünschten geringen Auflagedicken
des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen
können,
werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das
bedeutet, dass auch die Oberflächen
der bandführenden
Rollen von hoher Qualität
sein müssen. Störungen an
diesen Oberflächen
führen
im allgemeinen zu Schäden
an der Bandoberfläche.
Dies ist ein weiterer Grund für
häufige
Stillstände
der Anlage.
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Um die Probleme zu vermeiden, die
im Zusammenhang mit den im flüssigen
Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, existieren Lösungen, die
ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einsetzen, das in seinem
unteren Bereich einen Führungskanal
zur vertikalen Banddurchführung
nach oben aufweist. Zur Abdichtung des Führungskanals nach unten wird
hier ein elektromagnetischer Verschluss oder ein solcher mit Permanentmagneten eingesetzt.
Bei den elektromagnetischen Verschlüssen handelt es sich um elektromagnetische
Induktoren, die mit zurückdrängenden,
pumpenden bzw. einschnürenden
elektromagnetischen Wechsel- bzw. Wanderfeldern arbeiten.
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Derartige Lösungen sind beispielsweise
aus der
EP 0 673 444
B1 , der
JP 5086446 ,
der
DE 195 35 854
A1 , der
DE
100 14 867 A1 , der WO 96/03533 A1, der WO 01/11101 A1 und
der WO 01/11102 A1 bekannt. Gemäß einigen
der vorgeschlagenen Konzepte ist vorgesehen, dass neben den Spulen
zur Erzeugung des elektromagnetischen Wanderfeldes zusätzliche
Korrekturspulen vorgesehen sind, die mit einem Regelungssystem in
Verbindung stehen und dafür Sorge
tragen, dass das Metallband beim Abweichen von der Mittellage in
diese wieder zurückgeholt
wird.
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Darüber hinaus sind spezielle Ausführungsformen
im Stand der Technik bekannt, die die konkrete Ausgestaltung des
Führungskanals
betreffen.
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Die
FR 2 799 767 A1 sieht im Bereich des Führungskanals
Wärmetauschelemente
vor, mittels derer durch Einsatz eines flüssigen Kühlmittels der Führungskanal
temperiert werden kann.
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Zur Verbesserung der Abdichtung des
Führungskanals
nach unten schlägt
die
FR 2 804 443 A1 eine
Lösung
vor, bei der flüssiges
Beschichtungsmetall durch eine Ausnehmung im Führungskanal zunächst nach
unten geleitet, im Inneren des Führungskanals
dann nach oben umgelenkt und schließlich im Bereich des Durchtrittsspalts
für den
Metallstrang diesem zugeleitet wird, so dass durch die Hydrodynamik
des so zugeführten
Beschichtungsmetalls eine nach oben gerichtete Kraft im Durchtrittsspalt
für den Metallstrang
erzeugt wird, was die Abdichtung des Beschichtungsgefäßes erleichtert.
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Aus der
FR 2 798 396 A1 ist eine
Schmelztauchbeschichtungsanlage bekannt, bei der vorgesehen ist,
dass im Bodenbereich des Beschichtungsgefäßes am Übergang in den Führungskanal
ein Sperrwerk angeordnet ist. Dieses soll die Strömungen im flüssigen Beschichtungskanal
vom Führungskanal abhalten;
hierzu ist vorgesehen, dass es mit strömungsgünstig ausgebildeten Wänden bzw.
Leitblechen ausgestattet ist.
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Zur Verbesserung der Abdichtung des
Führungskanals
schlägt
die
FR 2 798 937 A3 vor,
zusätzlich
zum elektromagnetischen Induktor ein elektromagnetisches Ventil
einzusetzen, das unterhalb des Induktors in der Nähe der unteren Öffnung des
Führungskanals
angeordnet ist. Dieses elektromagnetische Ventil erstreckt sich über die
gesamte Breite des Führungskanals.
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Bei den gattungsgemäßen Schmelztauchbeschichtungsanlagen
hat es sich als problematisch erwiesen, dass zur Umrüstung der
Anlage auf Metallstränge
unterschiedlicher Breite relativ lange Stillstandszeiten hingenommen
werden müssen,
die den Schmelztauchbeschichtungsprozess verteuern. Die
EP 0 910 681 B1 schlägt daher – und auch
für den
effizienten Austausch verschlissener Elemente der Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung – vor, eine solche
Vorrichtung einzusetzen, bei der der Führungskanal leicht lösbar am
Boden des Beschichtungsbehälters
befestigt ist, wobei vorgesehen ist, dass der Führungskanal aus mehreren in
Bandlaufrichtung trennbaren und gegeneinander abgedichteten Teilen
besteht, die zum Auswechseln des Führungskanals bei darin befindlichem
Metallstrang nach Lösen
einer Trennverbindung einzeln quer zur Bandlaufrichtung vom Metallstrang
weg bewegbar sind.
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Mit diesem Vorschlag können Stillstandszeiten
zwar reduziert werden, allerdings ergibt sich hiermit immer noch
keine zufriedenstellende Lösung
für das
Problem, die Schmelztauchbeschichtungsanlage auf unterschiedlich
breite Metallstränge
in kurzer Zeit umzurüsten.
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Will man gattungsgemäße Beschichtungsvorrichtungen
unter typischen Produktionsbedingungen einsetzen, hat man in der
Regel den Fall, dass Metallstränge
unterschiedlicher Breite gemäß einem vorgegebenen
Produktionsprogramm be schichtet werden müssen. Mit den vorbekannten
Lösungen
ist ein Austausch des Führungskanals
zur Anpassung des Kanals auf die jeweilige Breite des zu beschichtenden
Metallstranges erforderlich, was die erläuterten teuren Produktionsunterbrechungen
bedingt. Dies hat entsprechende Produktivitätseinbussen zur Folge. Allerdings
ist ein spezieller Führungskanal
für jede
Bandbreite nötig,
da ansonsten die Dichtigkeit des Führungskanals nicht zuverlässig sichergestellt werden
kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der es möglich ist,
eine schnelle Umrüstung
der Anlage auf verschieden breite zu beschichtende Metallstränge vorzunehmen,
hierbei jedoch trotzdem zuverlässig
dafür Sorge
zu tragen, dass der sich unter dem Beschichtungsbehälter befindliche
Führungskanal
eine hohe Dichtigkeit aufweist, so dass kein schmelzflüssiges Beschichtungsmetall
nach unten ausfließen
kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die
Erfindung ist gekennzeichnet durch im Bereich des Führungskanals
angeordnete Mittel, die senkrecht zur Förderrichtung des Metallstranges
und senkrecht zur Oberflächennormalen
des Metallstranges in den Führungskanal
hinein verschiebbar sind. Bevorzugt weisen die Mittel plattenförmige Abschnitte
auf; diese können
eine Dicke zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 1 mm
und 2 mm, aufweisen.
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Die Erfindung geht dabei von folgender
Erkenntnis aus:
Es hat sich bei umfangreichen Versuchen herausgestellt,
dass die Abdichtung des Führungskanals
für den
Metallstrang mit einem teeren Kanal (also ohne sich in diesem befindlichen
Metallstrang) sehr schwierig ist. Bei der Anwesenheit des Metallstranges
zeigte sich die Abdichtung des Führungskanals relativ
unproblematisch. Weitergehende Untersuchungen förderten die Feststellung zutage,
dass der hydrodynamische Widerstand für das schmelzflüssige Metall
bei Anwesenheit des Metallstranges im Führungskanal sehr viel höher ist,
so dass sich mehrere kleinere Ringströmungen ausbilden können, anstatt – im Falle
des leeren Führungskanals – eine große rechteckförmige Rohrströmung.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag der
Mittel, die sich vom seitlichen Begrenzungsbereich des Führungskanals
einstellbar und verschiebbar in den Führungskanal hinein erstrecken,
kann der hydrodynamische Widerstand für das schmelzflüssige Beschichtungsmetall
im seitlichen Endbereich des Führungskanals
erhöht
werden, namentlich dort, wohin sich (in Folge zu geringer Breite
des Metallstranges) der Metallstrang nicht erstreckt. Damit wird
sichergestellt, dass auch in den seitlichen Endbereichen eine optimale
Dichtigkeit für
schmelzflüssiges Beschichtungsmetall
gegeben ist.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass
der Führungskanal
aus zwei im wesentlichen rechteckförmigen Platten gebildet wird,
wobei die beiden Platten durch Seitenteile auf Abstand gehalten
werden, wobei weiterhin der Führungskanal
durch die Seitenteile seitlich abgedichtet wird und wobei die Seitenteile Ausnehmungen
für die
Mittel aufweisen. Hierbei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass
die Platten aus Keramikmaterial und die Seitenteile aus Metall, insbesondere
aus Molybdän,
bestehen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen
die Seitenteile aus zwei beabstandeten, rechteckförmigen Platten,
die die Ausnehmung zum Durchtritt der plattenförmigen Abschnitte der Mittel bilden.
Dabei kann die Ausnehmung zum Durchtritt der Mittel einen Querschnitt
aufweisen, der demjenigen der Mittel entspricht.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein,
dass die Seitenteile aus je einem rechteckförmigen Block bestehen, der
eine Ausnehmung zur Aufnahme der Mittel aufweist.
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Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit
sieht vor, dass die Mittel mindestens zwei plattenförmige Abschnitte
aufweisen, die über
eine Scherenmechanik in den Führungskanal
hinein verschiebbar sind.
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Allen Ausgestaltungen ist gemein,
dass die Mittel mindestens eine Verschiebevorrichtung aufweisen
können,
wobei es sich hierbei um einen elektrischen, hydraulischen oder
pneumatischen Aktuator handeln kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
eine Schmelztauch-Beschichtungsanlage mit einem durch sie hindurch
geführten
Metallstrang,
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2 den
Schnitt A-B gemäß 1 durch den unteren Bereich
des Führungskanals,
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3 den
Schnitt C-D gemäß 2,
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4 eine
zu 2 analoge Schnittdarstellung
einer alternativen Ausführungsform
und
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5 eine
zu 3 analoge Darstellung
für den
linken unteren Bereich des Führungskanals.
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In 1 ist
das Prinzip der Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges 1,
insbesondere eines Stahlbands, gezeigt. Der zu beschichtende Metallstrang 1 tritt vertikal
von unten in den Führungskanal 4 der
Beschichtungsanlage ein. Der Führungskanal 4 bildet
das untere Ende eines Behälters 3,
der mit flüssigem
Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Der Metallstrang 1 wird
in Bewegungsrichtung R vertikal nach oben geführt. Damit das flüssige Beschichtungsmetall 2 nicht
aus dem Behälter 3 auslaufen kann,
ist im Bereich des Führungskanals 4 ein
elektromagnetischer Induktor 5 angeordnet. Dieser besteht
aus zwei Hälften,
von denen jeweils eine seitlich des Metallstranges 1 angeordnet
ist. Im elektromagnetischen Induktor 5 wird ein elektromagnetisches Sperrfeld
erzeugt, das das flüssige
Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückhält und so
am Auslaufen hindert.
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In 2 ist
der Schnitt A-B gemäß 1 zu sehen. Aus dieser Darstellung
ist der Aufbau des Führungskanals
in seinem unteren Bereich ersichtlich. Die entsprechende Ansicht
nach dem Schnitt C-D gemäß 2 ist in 3 skizziert.
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Der Metallstrang 1 ist in
beiden Figuren skizziert, wobei die Förderichtung R und die Oberflächennormale
N auf den Metallstrang 1 eingetragen ist. Der Führungskanal 4 wird
durch zwei Platten 7a und 7b aus Keramikmaterial
begrenzt, die parallel zum Metallstrang 1 verlaufen. Die
Seitenbereiche des Führungskanals 4 werden
durch Seitenteile 8a bzw. 8b gebildet, die den
Führungskanal 4 in
diesem Bereich abdichten.
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Die beiden Platten 7a und 7b befinden
sich in einem Abstand D, der für
den Durchtritt des Metallstranges 1 zur Verfügung steht.
Die maximale Breite des Metallstranges 1, der in der Beschichtungsvorrichtung
verarbeitet werden kann, ist durch die Breite B des Führungskanals 4 definiert.
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Bei gegebenem Produktionsprogramm
werden in der Regel Metallstränge 1 unterschiedlicher Breite
in der Beschichtungsvorrichtung zu verarbeiten sein. Deshalb weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Möglichkeit
auf, die Anlage in sehr kurzer Zeit auf die aktuelle Breite eines
Metallstranges 1 anzupassen und trotz dem die Dichtigkeit
des Führungskanals 4 – bewerkstelligt
durch die elektromagnetischen Induktoren 5 – sicherzustellen.
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Hierzu befinden sich in den Seitenbereichen des
Führungskanals 4,
also an den Enden der Platten 7a bzw. 7b und namentlich
in den Seitenteilen 8a bzw. 8b, verschiebbare
Mittel 6, die in gewünschter Position
in den Bereich des Führungskanals 4 hinein geschoben
bzw. aus diesem heraus gezogen werden können.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 bzw. 3 weisen diese Mittel 6 zwei
plattenförmige
Abschnitte 6a und 6b auf. Diese stehen mit Verschiebevorrichtungen 17a bzw. 17b in
Verbindung, die die Abschnitte 6a bzw. 6b in Richtung
des Doppelpfeiles gemäß 2 verschieben können.
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Die Seitenteile 8a bzw. 8b werden
aus rechteckförmigen
Platten 10 und 11 gebildet, wobei zwischen den
beiden Platten 10, 11 eine Ausnehmung 9 gebildet
wird, die für
den Durchtritt der Abschnitte 6a, 6b dient. Die
Ausnehmung 9 entspricht dabei von ihrem Querschnitt her
dem Querschnitt des plattenförmigen
Abschnitts 6a, 6b. D.h. die plattenförmigen Abschnitte 6a, 6b treten
nach Art eines Kolbens durch die Ausnehmungen 9 hindurch,
die wie ein Zylinder fungieren, so dass sie in das Innere des Führungskanals 4 hineinragen
können.
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Wie es in 2 zu sehen ist, sind dabei die plattenförmigen Abschnitte 6a, 6b in
die Nähe
der seitlichen Enden des zu beschichtenden Metallstranges 1 hineingeschoben,
so dass hier nur ein geringer Spalt verbleibt. In der in 2 bzw. 3 dargestellten Position hat das zur
Folge, dass sich im Betrieb der Vorrichtung ein hoher hydrodynamischer
Widerstand für
das schmelzflüssige
Beschichtungsmetall 2 bildet und damit die Dichtigkeit
des Führungskanals 4 sichergestellt
ist, und zwar auch in dem Falle, dass die Breite des Metallstranges 1 wesentlich
geringer ist als die Breite B des Führungskanals 4.
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In den Figuren nicht näher dargestellt
sind fachmännische
Ausgestaltungen des Aufbaus der Seitenteile 8a, 8b und
der Platten 7a, 7b. Es sei nur am Rande erwähnt, dass
geeignete Dichtungen (in 2 und 3 schwarz dargestellt) zwischen
den einzelnen Bauteilen angeordnet werden können, um auch insofern die
Dichtigkeit des Führungskanals
sicherstellen zu können.
Ferner ist nur sehr schematisch dargestellt, dass die gesamte Anordnung
durch Schraubverbindungen fixiert wird. Die beiden plattenförmigen Abschnitte 6a, 6b können dabei
mit Langlöchern
versehen sein, so dass einerseits die Verbindung zwischen beiden
Platten 7a, 7b durch eine Schraubverbindung zuverlässig hergestellt
ist, andererseits aber die Möglichkeit
gegeben ist, die plattenförmigen
Abschnitte 6a, 6b in Richtung der Doppelpfeile
gemäß 2 zu verschieben.
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Die Seitenteile 8a, 8b mit
ihren Bestandteilen Platte 10, Platte 11 und dazwischen
angeordneten plattenförmigen
Abschnitten 6a, 6b bestehen aus Metall. Damit
erreicht man eine Umlenkung der für die elektromagnetische Abdichtung
wichtigen Wirbelströme
im Beschichtungsmetall 2. Es wird damit sichergestellt,
dass im flüssigen
Beschichtungsmetall 2 zur Abdichtung die erzeugten Vektoren
für die
Levitationskraft immer nach oben ausgerichtet sind.
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Beim Wechsel des zu beschichtenden
Metallstranges 1 auf einen solchen mit anderer Briete können mittels
der Verschiebevorrichtung 17a, 17b die plattenförmigen Abschnitte 6a, 6b seitlich
verschoben werden, womit sich die lichte Weite des Führungskanals 4 einstellen
lässt;
der hydrodynamische Widerstand für
das Beschichtungsmetall 2 kann damit auf dem maximal möglichen
Wert gehalten werden.
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Eine alternative Ausgestaltung der
Erfindung ist in den 4 bzw. 5 zu sehen. Hier sind die
Seitenteile 8a, 8b aus einem rechteckförmigen Metallblock 12 gefertigt,
in die eine Ausnehmung 13 für die verschiebbaren Mittel 6 eingearbeitet
ist. Wie es insbesondere in 5 gesehen
werden kann, werden die Mittel 6 hier aus zwei Abschnitten 14 und 15 gebildet, die
an einer Drehachse 18 miteinander verbunden sind. Die beiden
Abschnitte 14, 15 sind an eine Scherenmechanik 16 angekoppelt,
so dass mit der Verschiebevorrichtung 17a, 17b die
Winkelposition der beiden Abschnitte 14, 15 zueinander
verändert
werden kann. Dies hat zur Folge, dass die dem Führungskanal 4 zugewandten
Enden der Abschnitte 14, 15 mehr oder weniger
weit in den Führungskanal 4 hineinragen
und damit in der erläuterten
Weise zur Einstellung des hydrodynamischen Widerstandes dienen können; die
Abschnitte 14, 15 definieren damit also ebenfalls
die effektive lichte Weite des Führungskanals 4.
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Während
die Platten 7a, 7b aus Keramikmaterial bestehen,
ist vorgesehen, dass die Seitenteile 8a, 8b (Platten 10, 11,
Block 12, plattenförmige
Abschnitte 6a, 6b, Abschnitte 14, 15)
aus Metall bestehen, das eine hohe Widerstandfähigkeit gegen das flüssige Beschichtungsmetall 2 hat.
Dabei hat sich insbesondere Molybdän bewährt bzw. ähnlich widerstandfähige Metalle.
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Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung
wird eine Schmelztauchbeschichtungsanlage geschaffen, mit der in
besonders einfacher Weise die Anpassung der Anlage an die Breite
des aktuell zu beschichtenden Metallstranges erfolgen kann. Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dennoch relativ einfach, so dass die Herstellkosten einer solchen Vorrichtung
gering bleiben.
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- 1
- Metallstrang
(Stahlband)
- 2
- Beschichtungsmetall
- 3
- Behälter
- 4
- Führungskanal
- 5
- Magnetkraft
erzeugendes Element
-
- (elektromagnetischer
Induktor)
- 6
- verschiebbare
Mittel
- 6a
- plattenförmiger Abschnitt
- 6b
- plattenförmiger Abschnitt
- 7a
- Platte
aus Keramikmaterial
- 7b
- Platte
aus Keramikmaterial
- 8a
- Seitenteil
- 8b
- Seitenteil
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Platte
- 11
- Platte
- 12
- Block
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- 16
- Scherenmechanik
- 17a
- Verschiebevorrichtung
- 17b
- Verschiebevorrichtung
- 18
- Drehachse
- R
- Förderrichtung
- N
- Oberflächennormale
- d
- Dicke
der plattenförmigen
Abschnitte 6a, 6b
- D
- Abstand
der Platten 7a, 7b
- B
- Breite
des Führungskanals