DE69026535T2 - Stromzuführungswalze - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Stromleitungswalzen, insbesondere, aber nicht ausschließlich, der Walzen für durchgehende Elektrolysestraßen.
• In den zugehörigen Zeichnungen ist in einer Gesamtansicht in Fig. 1 und in einer axialen Teilschnittansicht in Fig. 2 der Aufbau einer herkömmlichen Stromleitungswalze 10 dargestellt, wie sie üblicherweise bei durchgehenden Elektrolysestraßen verwandt wird.
• Diese Walze umfaßt im wesentlichen einen mittleren drehzylindrischen Teil 12, der den an der Elektrolyse teilnehmenden aktiven Hauptteil der Walze bildet, wobei dieser mittlere Teil im allgemeinen als Tisch der Walze bezeichnet wird, und zwei Halbwellen 14, 16, die auf beiden Seiten des mittleren Teils 12 und dazu koaxial angeordnet sind. Die Halbwellen 14, 16 haben einen Durchmesser, der kleiner als der des mittleren Teils ist. Sie erfüllen eine Doppelfunktion: Einerseits Führen der Walze bei ihrer Drehung und andererseits Sicherstellen der Stromversorgung der Walze.
• Es ist erkennbar, daß die Walzen von einem axialen Kanal 18 durchzogen sind, der eine Zirkulation von Kühlwasser erlaubt.
• Die Walzen bestehen im einzelnen meistenteils aus einem Körper 20 aus Stahl, der mit einem äußeren Mantel 30 aus Kupfer versehen ist, der insbesondere die Funktion eines Kollektors erfüllt. Der Körper 20 aus Stahl ist seinerseits im wesentlichen mit einer mittleren drehzylindrischen Muffe 22 ausgebildet, die auf zwei koaxiale Halbwellen aus Stahl 26 aufgezogen und an ihren Enden 24 darauf geschweißt ist.
• Es ist weiterhin ein Ring 40 vorgesehen, der als Stoßträger an jeder Halbwelle 14, 16 dient.
• Der Mantel aus Kupfer wird im allgemeinen durch Galvanisieren ausgebildet. Die Ausbildung des Mantels 30 aus Kupfer ist sehr problematisch, zeitraubend und mit hohen Kosten verbunden, wenn man die Dicken berücksichtigt, die durch die erforderlichen Stromstärken erzwungen werden, die im allgemeinen zwischen 12 000 und 18 000 Ampère liegen.
• Man hat versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß der Mantel aus Kupfer in Form eines Ringes ausgebildet wird, der auf jede Halbwelle 26 aus Stahl aufgeschrumpft wird. In diesem Fall werden die Querschnitte jeder Halbwelle 26 aus Stahl und des aufgeschrumpften Ringes so berechnet, daß in Kombination die erforderlichen Stromstärken hindurch gehen können. In der Praxis stellte man jedoch häufig fest, daß eine Korrosion zwischen dem aufgeschrumpften Ring aus Kupfer und den Halbwellenträgern aus Stahl auftritt. Das hat zur Folge, daß nur der aufgeschrumpfte Ring aus Kupfer den Stromfluß sicherstellt. Unter diesen Umständen können die Walzen nicht zufriedenstellend arbeiten.
• Man stellte gleichfalls häufig eine Korrosion zwischen der mittleren Muffe 22 und den damit verschrumpften Halbwellen 26 fest, so daß dann nur die Schweißraupe 24 den Stromfluß sicherstellt.
• Die Druckschrift DE-A-1803977 beschreibt eine Stromleitungswalze, die ein einen Kollektor bildendes Kupferelement umfaßt, das für die Enden über einen Teil seiner Länge durch ein Stahlelement ausgekleidet ist. An ihrem mittleren Teil umfaßt die Walze einen Kern aus einem Kohlenstoffstahl, der über Stahlringe mit einem Träger aus Stahl verbunden ist, eine innere Auskleidung aus Kupfer, die mit dem Element über einen Ring verbunden ist, und einen äußeren Mantel aus Chrom.
• Die Druckschriften DE-A-1055914 und DE-A-2326490 beschreiben Stromleitungswalzen mit einem Grundaufbau aus Stahl, der außen mit Kupfer überzogen ist, was zu dem Stand der Technik paßt, der in der zugehörigen Fig. 1 wiedergegeben ist.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine neue Stromleitungswalze vorzuschlagen, die die Mängel des bisherigen Standes der Technik vollständig beseitigt.
• Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung dank einer Stromleitungswalze der im zugehörigen Anspruch 1 angegebenen Art erreicht.
• Gemäß eines weiteren vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung ist der innere Ring aus Kupfer durch eine Hülse, beispielsweise aus Edelstahl, geschützt.
• Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der Lektüre der Beschreibung im einzelnen ergeben, die im folgenden und anhand der zugehörigen Zeichnungen gegeben wird, die ein nicht beschränkendes Beispiel wiedergeben und in denen
• - die Fig. 1 und 2, die im vorhergehenden beschrieben wurden, den Stand der Technik zeigen und
• - die Fig. 3 eine schematische axiale Teilschnittansicht einer Stromleitungswalze gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die Achse der Walze 100, die in Fig. 3 dargestellt ist, trägt das Bezugszeichen 101.
• Wie es im vorhergehenden angegeben wurde, umfaßt die Walze 100 im wesentlichen einen drehzylindrischen mittleren Teil 112 mit sehr großem Durchmesser, der den aktiven Hauptteil der Walze oder den Tisch bildet, und zwei Halbwellen, von denen nur die Halbwelle 126 in Fig. 3 dargestellt ist und die jeweils den Hauptteil 112 auf beiden Seiten verlängern und koaxial dazu sind.
• Das heißt im einzelnen, daß die Walze 100 aus einem Körper 120 aus Stahl und zwei inneren Ringen 130 aus Kupfer besteht.
• Der Körper 120 aus Stahl ist vorzugsweise seinerseits mit einer drehzylindrischen mittleren Muffe 122 ausgebildet, die an ihren Enden jeweils auf die abgestuften Halbwellen 126, gleichfalls aus Stahl, geschweißt sind. Man erkennt, daß im Unterschied zum Stand der Technik die Muffe 122 nicht auf die beiden Halbwellen 126 aufgeschrumpft, sondern nur am Ende über ringförmige Raupen 124 daran geschweißt ist. Die Halbwellen 126 haben jeweils einen Kanal, der axial hindurch geht.
• Die spezielle Geometrie der Halbwellen 126 kann in verschiedenen Ausbildungsformen vorliegen und wird nicht im einzelnen im folgenden beschrieben. Man erkennt, daß der abgestufte Querschnitt der Halbwellen 126, ausgehend von dem Endabschnitt, der den Kollektor bildet, in Richtung auf den mittleren Teil 112 zunimmt.
• Jede Halbwelle 126 umfaßt im wesentlichen einen axial äußeren Teil 125, einen axial inneren Teil 123 und einen Übergangsbereich 128 dazwischen. Der axial äußere Teil 125 besteht aus einer Folge von zylindrischen Teilen mit zunehmendem Querschnitt in Richtung auf den Tisch 112. Er weist eine Innenfläche 127 auf, die um die Achse 101 drehzylindrisch ist und einen konstanten Durchmesser hat. Der axial innere Teil 123 ist stärker als der axial äußere Teil 125 aufgeweitet. Der axial innere Teil 123 hat einen äußeren Radius gleich dem der Muffe 122. Er ist über eine Schweißraupe 124 daran geschweißt. Der Übergangsbereich 128 läuft bezüglich der Achse 101 in Annäherung an den axial inneren Teil 123 auseinander.
• Der Übergangsbereich 128 stellt allein den Stromdurchgang sicher. Das heißt mit anderen Worten, daß auf der Höhe dieses Übergangsbereiches kein Kupferteil im Stromweg liegt. Der Übergangsbereich aus Stahl sollte daher einen ausreichenden Querschnitt haben.
• Die beiden inneren Ringe 130 aus Kupfer befinden sich jeweils im Inneren der axial inneren Teile 125 jeder Halbwelle 126 aus Stahl. Die äußere drehzylindrische Oberfläche 132 der Ringe 130 ist zur Innenfläche 127 der Halbwellen 126 komplementär, um einen engen elektrischen Kontakt zwischen den Halbwellen 126 und den inneren Ringen 130 sicherzustellen.
• Um den elektrischen Kontakt zu verstärken, kann man einen Silberniederschlag zwischen den Halbwellen 126 und den inneren Ringen 130 vorsehen. Der Silberniederschlag kann folglich entweder auf der Außenfläche 132 der Ringe 130 oder auf den Innenfläche 127 der Halbwellen 126 ausgebildet sein.
• Die Ringe 130 aus Kupfer sind gegenüber dem Kühlwasser, nämlich im allgemeinen dem kohlensäurehaltigen Wasser sowie gegenüber der Chromsäure beim Verchromen der Walzenlager, der Stoßstellen und der Oberfläche des Walzentisches über eine Hülse 150 geschützt, die vorzugsweise aus Edelstahl besteht.
• Die drehzylindrische Hülse 150 ist zur Innenfläche 124 der Ringe 130 komplementär.
• Der Schutz jedes Ringes 130 wird von zwei Scheiben 152, 154 vervollständigt, die quer zur Achse 101 so angeordnet sind, daß sie jedes Ende der Ringe überdecken, und die auf der Höhe ihres Innenumfangs an die Hülse 150 und auf der Höhe ihres Außenumfangs an die Halbwellen 126 geschweißt sind.
• Die Verwendung eines inneren Ringes aus Kupfer garantiert abgesehen davon, daß sie eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung zuläßt, den Durchgang der erforderlichen Stromstärken. Dank des Schutzes, der von der Hülse 150 gewährt wird, wird effektiv jede Korrosion zwischen den Halbwellen 126 und den Ringen 130 vermieden.
• Vorzugsweise ist die Außenfläche 121 der Halbwellen 126 verchromt.
• Folglich kann der klassische Ring 40, der den Stoßträger an Ort und Stelle hält und beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, weggelassen werden. Die verchromte Außenfläche 121 der Halbwellen 126 aus Stahl kann den Stoßträger von selbst an seinem Ort halten.
• Es versteht sich, daß dank des im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Aufbaus der Walze der Körper 120 aus Stahl von außen zugänglich ist, derart, daß die Gewinde 160, 170, die in herkömmlicher Weise in den Halbwellen ausgebildet sind, direkt in den Halbwellen 126 aus Stahl vorgesehen werden können und nicht in einem Kupferteil der Halbwellen vorgesehen werden müssen, wie es bei dem bekannten Stand der Technik der Fall ist. Es versteht sich, daß die mechanische Festigkeit der Gewinde wesentlich besser im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist. Die Anzahl und die Anordnung dieser Gewinde können in verschiedenen Ausbildungsformen vorliegen und werden im folgenden nicht im einzelnen beschrieben. Die Gewinde können beispielsweise zum Einspannen der Walzen oder des Kollektors dienen.
• Vorzugsweise ist eine Kappe 180 durch Warmaufziehen aufgesetzt und durch Schweißen an jedem Ende der Halbwellen 126 befestigt.
• Wie es in der zugehörigen Fig. 3 dargestellt ist, ist erkennbar die Verbindung zwischen der Kappe 180 und der zugehörigen Halbwelle 126 derart, daß der innere Ring 130 aus Kupfer den Kollektor vollständig überdeckt.
• Gegebenenfalls kann ein Überzug 190 durch Galvanisieren auf dem Teil vorgesehen sein, der den Kollektor der Außenfläche jeder Halbwelle 126 aus Stahl bildet. Man kann gleichfalls einen Überzug 192 vorsehen, der durch Galvanisieren auf der mittleren Muffe 122 mit größerer Aufweitung vorgesehen ist, wie es in der zugehörigen Fig. 3 dargestellt ist. Der Überzug 192 aus Kupfer kann ein abschließendes Sandstrahlen erleichtern.
• Die Überzüge 190 und 192 sind indessen nicht unumgänglich. Wenn sie nicht wesentlich zum Durchgang der erforderlichen Stromstärken beitragen, können sie somit eine sehr geringe Dicke haben. Ihre Kosten sowie die Zeit zu ihrer Ausbildung sind folglich wesentlich geringer als die des herkömmlichen Mantels 30.
• Als nicht beschränkendes Beispiel werden im folgenden für eine Walze, die für eine durchgehende Elektrolysestraße bestimmt ist, folgende Querschnittsflächen gegeben:
• - Querschnittsfläche jeder Halbwelle 126 aus Stahl auf der Höhe des Teils, der den Kollektor bildet: in der Größenordnung von 8370 mm²,
• - Querschnittsfläche des inneren Kupferrings 130: in der Größenordnung von 3000 mm²,
• - Querschnittsfläche jeder Halbwelle 126 aus Stahl auf der Höhe des Übergangsbereiches zwischen dem zylindrischen Teil in Kontakt mit einem Ring 130 und dem an die mittlere Muffe 122 geschweißten Teil: wenigstens in der Größenordnung von 8150 mm².

Claims (10)

1. Stromleitungswalze, insbesondere für eine durchgehende Elektrolysestraße, welche in an sich bekannter Weise einen Körper (120) umfaßt, der mit einem mittleren zylindrischen Teil (122) mit großer Aufweitung ausgebildet ist, der auf beiden Seiten jeweils von zwei koaxialen Halbwellen (126) verlängert ist, die jeweils auf einem Kupferelement (130) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

i) jedes Kupferelement (130) in Form eines Ringes ausgebildet ist, der im Inneren der axial inneren Teile (125) jeder Halbwelle aus Stahl (126) angeordnet ist und

ii) jede Halbwelle aus Stahl (126) an ihrer Außenfläche mit einem Kollektor versehen ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ring (130) aus Kupfer durch eine Hülse (150) geschützt ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (150) aus Edelstahl besteht.

4. Walze nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin zwei Unterlegscheiben (152, 154) am Ende der Hülse (150) umfaßt, die den Schutz des Rings (130) verstärken.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (121) des Körpers aus Stahl verchromt ist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (121) des Körpers aus Stahl als Verbindungslagerfläche dient.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (121) des Körpers aus Stahl mit Gewinden (160, 170) versehen ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Silberauflage zwischen dem inneren Ring (130) aus Kupfer und dem Körper (120) aus Stahl versehen ist.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dünnen äußeren Überzug (190) aus Kupfer umfaßt, der durch Galvanisieren auf der Höhe des Kollektorbereiches ausgebildet ist.

10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dünnen äußeren Überzug (192) aus Kupfer umfaßt, der durch Galvanisieren auf der Höhe der Walzenlauffläche ausgebildet ist.