Dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant.
La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant, en particulier dans une cellule d'électrolyse.
Il est connu de déposer un métal par voie électrolytique sur un substrat mobile, aussi bien pour former un revêtement permanent sur le substrat - par exemple une couche de zinc ou d'étain sur une bande d'acier - que pour fabriquer une feuille mince par électroformage.
A cet effet, on utilise différents types de cellules d'électrolyse, que l'on peut sommairement subdiviser en cellules radiales et en cellules droites. Il faut rappeler que, dans tous les cas, la cathode du système électrolytique est constituée par le substrat mobile.
Dans une cellule radiale, le substrat est guidé suivant un arc de cercle par un rouleau conducteur, tournant autour d'un axe généralement horizontal, disposé dans une cuve qui contient l'électrolyte.
Dans une cellule droite au contraire, le substrat décrit une trajectoire rectiligne, horizontale ou verticale, traversant la cellule d'électrolyse. Cette trajectoire lui est imposée par des rouleaux de guidage, parallèles l'un à l'autre, disposés à l'extérieur de la cellule.
Quel que soit le type de cellule, la partie cathodique, c'est-àdire le substrat, reçoit le courant d'électrolyse par contact avec un rouleau tournant situé, selon le cas, à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.
Ce rouleau tournant est lui-même alimenté en courant électrique, à partir de barres conductrices fixes, par l'intermédiaire de balais localisés dans des supports fixes. Ces balais sont appuyés par des ressorts, ou par tout autre moyen, sur une bague conductrice appelée collecteur, qui est solidaire du rouleau. De ce fait, les balais fixes frottent sur le collecteur qui tourne avec le rouleau.
Actuellement, les constructeurs de cellules d'électrolyse cherchent régulièrement à augmenter les densités de courant utilisées dans les cellules, afin de réduire l'encombrement de celles-ci et/ou d'augmenter leur efficacité. Il en résulte une augmentation importante du courant global à fournir au rouleau par les balais. Ce courant peut aujourd'hui présenter une intensité de plusieurs dizaines de milliers d'ampères. La puissance dissipée par la résistance de contact entre les balais et le collecteur est dès lors énorme et justifie le refroidissement de celui-ci, généralement par circulation d'eau. Ce refroidissement peut cependant se heurter à certaines difficultés dues notamment à la grande quantité de chaleur à évacuer et à la fragilité de certains points du circuit tels que les joints tournants.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant qui ne présente pas les inconvénients précités, notamment en matière de refroidissement du collecteur.
Conformément à la présente invention, un dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant, qui comporte un collecteur coaxial audit rouleau et sur lequel frottent des balais montés dans des porte-balais, est caractérisé en ce que ledit collecteur est fixe, en ce que les porte-balais sont fixés audit rouleau et tournent avec lui, en ce que ledit collecteur fixe est électriquement raccordé à une source extérieure de courant électrique et en ce que lesdits balais sont électriquement raccordés audit rouleau tournant.
Selon une réalisation particulière, ledit collecteur fixe est équipé de moyens de refroidissement; il peut notamment être constitué d'une bague creuse dans laquelle circule un agent de refroidissement tel que l'eau.
En principe, les porte-balais et les balais peuvent être montés sur une partie quelconque du rouleau tournant. Pour des raisons d'encombrement et aussi pour ne pas entraver le passage du substrat, il est apparu préférable de les monter sur une face d'extrémité ou même à l'intérieur de ce rouleau.
Dans le cadre de la présente invention, les balais, respectivement les porte-balais peuvent occuper des positions différentes par rapport au collecteur.
Dans une première variante, les porte-balais sont situés radialement vers l'intérieur par rapport au collecteur; dans cette disposition, les balais frottent sur la surface latérale intérieure du collecteur, et le collecteur constitue une sorte de cage de protection des balais et des porte-balais.
Suivant une autre variante, les porte-balais et les balais sont situés radialement vers l'extérieur par rapport au collecteur; dans cette disposition, les balais frottent sur la surface latérale extérieure du collecteur. Les balais sont dès lors aisément accessibles de l'extérieur; de plus, le collecteur présente un diamètre plus petit, ce qui peut être particulièrement intéressant pour les rouleaux associés à des cellules droites.
Dans ces deux variantes, les balais sont orientés en direction radiale par rapport au collecteur, et leur force d'application sur le collecteur est également radiale.
Suivant encore une autre variante, les porte-balais et les balais sont situés à hauteur d'une surface transversale du collecteur. Par surface transversale du collecteur, il faut entendre ici une surface qui coupe l'axe du collecteur sous un angle quelconque, par exemple une surface tronconique coaxiale au collecteur. Parmi les surfaces transversales, une surface radiale, c'est-à-dire perpendiculaire audit axe, présente un intérêt particulier. En effet, dans cette disposition particulière, les balais frottent sur une surface radiale du collecteur et exercent dès lors sur celui-ci un effort dirigé parallèlement à l'axe de rotation du rouleau, sans composante radiale.
Une autre variante de l'invention propose un dispositif composé d'une cathode constituée par un rouleau cylindrique creux, supporté par des organes d'appui appropriés pour qu'il puisse tourner autour de son axe longitudinal, et d'un collecteur fixe disposé à l'intérieur du rouleau creux, la liaison électrique étant assurée par des balais montés sur la surface intérieure du rouleau creux et frottant sur la surface extérieure du collecteur. Le collecteur est lui-même constitué par un corps cylindrique creux, coaxial au rouleau creux qui constitue la cathode, et doté d'un circuit de refroidissement par circulation d'eau.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Cette description porte sur différentes variantes du dispositif de l'invention, qui sont illustrées par les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre un dispositif de la technique antérieure, comportant un collecteur solidaire du rouleau tournant; la Fig. 2 présente une première variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur la surface radialement intérieure d'un collecteur fixe; la Fig. 3 illustre une autre variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur la surface radialement extérieure d'un collecteur fixe; la Fig. 4 montre un montage suivant encore une autre variante de l'invention, avec des balais mobiles frottant sur une face latérale radiale d'un collecteur fixe;
et la Fig. 5 illustre une variante comportant un collecteur fixe situé à l'intérieur d'une cathode creuse.
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Ces figures constituent des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Pour la clarté de l'exposé, des éléments identiques ou analogues, ou remplissant des fonctions identiques ou analogues, sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.
La Fig. 1 représente un dispositif couramment utilisé dans la technique antérieure pour assurer l'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant. Un rouleau tournant 1, dont on n'a représenté qu'une portion d'extrémité, est pourvu d'un collecteur 2 monté par exemple sur la face d'extrémité du rouleau. Des balais 3, montés dans un porte-balais 4 sont alimentés en courant électrique à partir de barres conductrices 5 auxquelles ils sont raccordés par des tresses souples 6. Le porte-balais 4 est fixe, et les balais 3 frottent sur le collecteur tournant 2 pour assurer la transmission du courant électrique au rouleau tournant 1 et ensuite au substrat mobile, non représenté ici. Le refroidissement par eau d'un collecteur tournant de ce type nécessite la présence de joints tournants, bien connus en soi et non représentés ici.
Dans la Fig. 2, on a également représenté une portion d'extrémité d'un rouleau tournant 1. Un collecteur 2, constitué par une bague fixe, est disposé à proximité du rouleau 1 et coaxialement à celuici. Un porte-balais 4 est monté sur la face d'extrémité du rouleau 1, de façon à être situé radialement à l'intérieur du collecteur 2. Celui-ci est raccordé à une source de courant électrique par l'intermédiaire de barres conductrices 5. Les balais mobiles 3 frottent sur la surface latérale intérieure du collecteur 2, et le courant électrique est ensuite transmis au rouleau tournant 1 par les tresses souples 6. Le collecteur 2 est ici représenté sous la forme d'une bague creuse équipée d'un circuit de refroidissement symbolisé par la canalisation 7. Enfin, il peut être prévu des moyens 8 d'équilibrage du rouleau tournant 1.
Cette dernière disposition est particulièrement avantageuse lorsque le rouleau est animé d'une vitesse de rotation élevée, comme c'est le cas notamment dans les installations d'électrodéposition, par exemple de zinc ou d'étain. En outre, la force centrifuge produite par la rotation rapide s'ajoute à la force exercée par les ressorts de pression pour appliquer les balais sur le collecteur.
La Fig. 3 illustre une réalisation analogue à celle de la Fig. 2, avec la différence que le porte-balais 4 et les balais 3 sont situés radialement à l'extérieur du collecteur 2. Dans ce cas, les balais 3 frottent sur la surface latérale extérieure du collecteur 2; leur accès est extrêmement aisé.
La Fig. 4 montre une autre réalisation du dispositif de l'invention, dans laquelle les balais mobiles 3 frottent sur une face radiale du collecteur fixe 2. Les autres repères numériques correspondent à ceux des Fig. 2 et 3. Cette disposition permet de réduire l'encombrement radial du dispositif.
Enfin, la Fig. 5 illustre une variante du dispositif de l'invention, dans laquelle le collecteur fixe est disposé à l'intérieur de la cathode cylindrique creuse. On a représenté ici une cathode creuse 1, en coupe axiale, entourée par des anodes 10. La cathode est supportée par des paliers 9 de type connu, par exemple des paliers lisses ou des roulements à billes; ces paliers 9 peuvent d'ailleurs être situés à l'extérieur ou à l'intérieur de la cathode
1. Le collecteur 2 est un cylindre fixe, disposé à l'intérieur de la cathode 1, coaxialement à celle-ci. Le collecteur fixe 2 est
pourvu d'un circuit de refroidissement symbolisé par les tuyaux d'entrée et de sortie 7; il est alimenté en courant électrique par des barres conductrices 5. Les porte-balais 4 sont montés sur la surface intérieure de la cathode 1, et les balais 3 frottent sur la
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quement raccordés à la cathode 1 par des tresses souples 6. Cette disposition offre l'avantage d'assurer une protection mécanique des balais, et de permettre une bonne répartition du courant électrique sur la longueur axiale de la cathode, c'est-à-dire sur la largeur i de la zone de dépôt électrolytique.
L'emploi d'un collecteur fixe conformément à l'invention permet de simplifier et de faciliter le refroidissement de ce collecteur; en outre, il est possible d'augmenter la section du collecteur, pour lequel il n'y a pas de limitation de poids ou d'encombrement. Par ailleurs, le rouleau tournant est allégé; il est dès lors plus facile à construire et à manipuler.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et illustrés. Diverses modifications peuvent y être apportées par un homme de métier, sans sortir du cadre de l'invention, en particulier en ce qui concerne la forme de la section du collecteur, la disposition relative des balais mobiles et du collecteur fixe, l'emploi d'un rouleau creux ou encore l'installation de moyens d'équilibrage.
Le dispositif de l'invention n'est pas non plus limité à l'alimentation du rouleau tournant d'une cellule d'électrolyse. Il est utilisable dans toutes les applications des rouleaux tournants, particulièrement lorsqu'il se pose un problème de refroidissement du collecteur.
REVENDICATIONS
1. Dispositif d'alimentation en courant électrique d'un rouleau tournant (1), qui comporte un collecteur (2) coaxial audit rouleau et sur lequel frottent des balais (3) montés dans des porte-balais
(4), caractérisé en ce que ledit collecteur (2) est fixe, en ce que les porte-balais (4) sont fixés audit rouleau (1) et tournent avec lui, en ce que ledit collecteur fixe (2) est électriquement raccordé à une source extérieure de courant électrique et en ce que lesdits balais (3) sont électriquement raccordés audit rouleau tournant (1).