Rodillo (100; 200) que comprende un elemento de soporte axial (110) de material metálico que comprende por lo menos dos árboles (111,

112; 211, 212) y una envolvente cilíndrica (120; 220) de material compuesto termoestructural, caracterizado porque un juego radial continuo (J1, J2) está dispuesto entre las superficies enfrentadas del elemento de soporte axial y de la envolvente cilíndrica o porque las superficies de contacto entre el elemento de soporte axial (310) y la envolvente cilíndrica son unas superficies cónicas (226; 227) que tienen un centro de simetría (O1, O2) que coincide con el eje (Av) de dicha envolvente

Rodillo compuesto termoestructural.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere al campo de los rodillos utilizados para el transporte, el guiado o el conformado de productos industriales tales como el papel, el acero o el aluminio. La misma prevé más particularmente los rodillos destinados ser sometidos a unas temperaturas y gradientes de temperatura importantes.

La industria metalúrgica o siderúrgica utiliza corrientemente unos rodillos para la elaboración de productos planos como unas chapas metálica de acero o de aluminio. Los rodillos utilizados en este tipo de industria son generalmente realizados en acero refractario puesto que las cargas termomecánicas son muy importantes como, por ejemplo, en las cámaras de tratamiento térmico en continuo de chapas metálicas (recocido) en las cuales los esfuerzos mecánicos sobrepasan varias toneladas y la temperatura puede alcanzar 850ºC a 1000ºC. Además, existen unos gradientes de temperatura importantes entre los rodillos y la chapa. En efecto, a la entrada de la cámara, los primeros rodillos están a la temperatura de calentamiento de la cámara (850-1000ºC) mientras que la chapa que circula sobre estos está a la temperatura ambiente, lo que conduce a la deformación del perfil cilíndrico del rodillo hacia un perfil en "diábolo". A la inversa, los rodillos a la salida de la cámara están a la temperatura habiente mientras que la chapa que circula está entonces a la temperatura de calentamiento de la cámara, lo que conduce a la deformación del perfil cilíndrico del rodillo hacia un perfil abombado.

Por consiguiente, los niveles de temperatura así como los gradientes encontrados deben ser tomados en cuenta cuando tiene lugar la elaboración de los rodillos para evitar o bien la formación de pliegues en la chapa (comúnmente denominados "Heat buckles") o bien un mal guiado de esta (desviación) en razón de una deformación del rodillo bajo el efecto de la temperatura. El paso de una chapa sobre un rodillo no cilíndrico provoca unas tensiones mecánicas diferenciales que cuando son superpuestas a las otras tensiones mecánicas (tracción de la chapa, masa propia, etc) exceden del límite elástico de la chapa y provoca la formación de pliegues.

Se han previsto unas soluciones para evitar este problema. Entre estas soluciones, existe la que consiste en utilizar unas chapas de una anchura específica, lo que impide tratar en una misma instalación unas chapas de diferentes anchuras.

Otra solución consiste en utilizar unos rodillos metálicos bicapas de las que una de las dos capas (en general de cobre) tiene por única función mejorar la conductividad térmica media del rodillo y reducir así la deformación de su perfil cilíndrico. Esta solución es costosa y no permite garantizar una no deformabilidad del perfil del rodillo a todos los niveles de temperatura.

Según aún otra solución, unos rodillos presentan un perfil en frío previsto para conferir un perfil sensiblemente rectilíneo al rodillo una vez este a temperatura.

El documento US nº 6.524.227 describe un rodillo tubular de material compuesto.

Objetivo y resumen de la invención

La presente invención tiene por objetivo proponer una nueva estructura de rodillo cuya geometría exterior no varía bajo el efecto de altas temperaturas y/o cuando tienen lugar cambios rápidos de temperatura, teniendo el rodillo además una concepción que permite reemplazar los rodillos existentes sin modificación de las instalaciones.

A este fin, la presente invención se refiere a un rodillo que comprende un elemento de soporte axial de material metálico que comprende por lo menos dos árboles y una envolvente cilíndrica de material compuesto termoestructural, caracterizado porque se deja un juego radial entre el elemento de soporte axial y la envolvente cilíndrica o porque las superficies de contacto entre el elemento de soporte axial y la envolvente cilíndrica tienen un centro de simetría que coincide con el eje de dicha envolvente.

Así, la geometría externa del rodillo según la invención está definida por una envolvente cilíndrica de material compuesto termoestructural, material que presenta un bajo coeficiente de dilatación térmica que permite evitar la envolvente deformarse bajo el efecto de temperaturas elevadas. Además, el material termoestructural presenta una conductividad térmica elevada, lo que permite poner rápidamente y uniformemente la envolvente a temperatura y reducir los gradientes térmicos en la superficie externa del rodillo. Esta buena conductividad térmica permite así impedir unas deformaciones en la chapa cuando la temperatura de esta última es diferente de la del rodillo.

El material compuesto termoestructural presenta además una resistencia mecánica suficiente para resistir las cargas soportadas por los rodillos de la técnica anterior.

Por otra parte, para permitir la adaptación del rodillo de la presente invención en las instalaciones existentes (por ejemplo en unas instalaciones de recocido en continuo de chapas), el rodillo de la invención conserva un elemento de soporte axial de material metálico que comprende por lo menos dos árboles para el soporte y/o el arrastre del rodillo. Así, las partes (cojinetes, árboles de acoplamiento, etc...) de las instalaciones destinadas a cooperar con los rodillos no tienen necesidad de ser modificadas para recibir los rodillos de la invención, lo que permite un intercambio estándar de los rodillos existentes por unos rodillos según la invención.

Sin embargo, siendo el elemento de soporte axial de material metálico, posee un coeficiente de dilatación térmica más elevado que el de la envolvente cilíndrica, lo que provoca unas dilataciones diferenciales entre este elemento y la envolvente. A fin de evitar unas deformaciones de la envolvente cilíndrica bajo el efecto de las dilataciones del elemento de soporte axial, el rodillo según la invención presenta o bien un juego radial continuo dejado entre el elemento de soporte axial y la envolvente cilíndrica, o bien unas superficies de contacto entre el elemento de soporte axial y la envolvente cilíndrica que tiene un centro de simetría que coincide con el eje de dicha envolvente.

Así, las dilataciones del elemento de soporte axial no provocan deformación de la envolvente, siendo estas dilataciones compensadas o bien en el juego radial presente entre el soporte y la envolvente, o bien por deslizamiento relativo entre estos dos elementos cuyo centro de simetría de las porciones de contacto coincide con el eje de la envolvente.

Según un aspecto de la invención, la envolvente cilíndrica está realizada en material compuesto carbono/carbono que presenta a la vez un coeficiente de dilatación térmica bajo y una buena conductividad térmica. Otros materiales compuestos o termoestructurales que presentan una relación coeficiente de dilatación térmica/conductividad térmica próxima a 0 pueden también ser utilizados para realizar la envolvente cilíndrica, tal como el material Invar por ejemplo.

La envolvente cilíndrica puede comprender además sobre su superficie externa una capa de carburo de cromo, que permite prevenir una carburación de los productos en contacto con el rodillo (por ejemplo unas chapas). En este caso, una capa de carburo de silicio puede ser formada antes de la capa de carburo de cromo a fin de desacoplar térmicamente la capa de carburo de cromo del material compuesto termoestructural de la envolvente y facilitar la unión entre estos dos materiales.

Según una forma de realización de la invención, el elemento de soporte axial comprende un mandril prolongado por cada extremo por un árbol, estando la envolvente cilíndrica dispuesta alrededor del mandril, con un juego radial dejado entre la superficie interna de la envolvente y la superficie externa del mandril. De esta manera, las dilataciones radiales del mandril son compensadas por el juego radial dejado entre este último y la envolvente cilíndrica.

Según un aspecto de este modo de realización, la envolvente cilíndrica comprende por lo menos una serie de dientes dispuestos de forma anular sobre su superficie interna mientras que el mandril comprende una pluralidad de acanaladuras. Esta concepción permite un acoplamiento en rotación de la envolvente con el mandril conservando al mismo tiempo un juego radial entre estos dos elementos. Unas calas de ajuste pueden estar dispuestas entre los bordes adyacentes de los dientes y de las acanaladuras de manera que mantengan en posición la envolvente cilíndrica alrededor del mandril.