Induktiv beheizte Galette, insbesondere für Textilmaschinen, Bändchen- oder Folienanlagen
Die Erfindung betrifft eine induktiv beheizte Galette, insbesondere für Textilmaschinen, Bändchenoder Folienanlagen, mit einem drehbar gelagerten Mantel, in welchem ein feststehender Kern aus ferromagnetischem Werkstoff angeordnet ist, der von einer mit einer Stromquelle verbindbaren Spule umgeben ist.
Galetten dieser Art sind bereits bekannt. So ist beispielsweise im USA-Patent 3 412 228 eine Galette beschrieben, die als fliegend gelagerte Hohlwalze ausgebildet ist, die über eine Welle in Umdrehung versetzt werden kann. Im Inneren der Hohlwalze ist ein aus lamellierten Eisenblechen bestehender Kern angeordnet, der die Antriebswelle konzentrisch umgibt, und der so angeordnet ist, dass er am Umlauf der Galette nicht teilnimmt. Der Kern trägt eine aus zahlreichen Windungen bestehende Spule, deren Anschlussenden nach aussen geführt und dort mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. Die Spule bildet die Primärseite eines Transformators, dessen Sekundärseite die Hohlwalze selbst ist.
Wird die Spule von einem Wechselstrom durchflossen, so wird im Kern ein magnetisches Kraftfeld erzeugt, welches über einen Luftspalt in die beiden Stirnplatten der Hohlwalze eintritt und von dort in den Mantel der Galette geleitet wird.
Der magnetische Fluss erzeugt im Galettenmantel eine senkrecht auf den Kraftlinien stehende elektrische Spannung, die ihrerseits einen Strom im Galettenmantel zur Folge hat. Infolge des Ohmschen Widerstandes des Galettenmantels wird der Mantel durch den hindurchfliessenden Strom erwärmt.
Die beschriebene Anordnung wäre geeignet, einen weitgehend gleichmässigen Temperaturverlauf in Richtung der Galettenachse auf der gesamten Manteloberfläche zu erzeugen, wenn der Wärmebedarf der Galette an allen Stellen gleich gross wäre. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall, da an den Enden der Galette mehr Wärme abgeführt wird als in der Galettenmitte. Die Folge hiervon ist ein starker Temperaturabfall an den beiden Galettenenden, der je nach den vorliegenden Be triebsbedingungen bis zu 30 betragen kann.
Um den Temperaturverlauf in Richtung der Galettenachse auf der gesamten Manteloberfläche zu vergleichmässigen, ist es aus der genannten USA-Patentschrift 3 412 228 bekannt, im Inneren der Galette Ringe aus elektrisch gut leitendem, nicht magnetisierbarem Werkstoff, beispielsweise Kupfer anzuordnen, deren Stärke dem Wärmebedarf der jeweiligen Stelle der Galette angepasst ist. Die Vergleichmässigung des Temperaturprofiles durch derartige Ringe kommt dadurch zustande, dass die Ringe einen wesentlich geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als der meist aus Stahl bestehende Galettenmantel, so dass bei gleicher Spannung in ihnen ein wesentlich höherer Strom fliesst.
Dieser Strom hat eine stärkere Wärmeentwicklung zur Folge, wodurch die unterschiedliche Wärmeabfuhr über die Galettenlänge ausgeglichen wird.
Messungen an Galetten dieser Art haben gezeigt, dass das Temperaturprofil allerdings immer noch merkliche Abweichungen von der angestrebten Linearität aufweist, was vermutlich darauf zurückführen ist, dass mit Rücksicht auf die engen Raumverhältnisse nicht beliebig viel hochkonduktiver Werkstoff im Inneren der Galette an der erforderlichen Stellen angehäuft werden kann. Ausserdem hat sich gezeigt, dass bei den bekannten Anordnungen die Wirkung der hochkonduktiven Schicht auch dadurch begrenzt bleibt, dass der Wärme übergang zwischen der Schicht und dem Galettenmantel nicht an allen Stellen des Umfanges gleich gut ist. Es bereitet Schwierigkeiten, solche meist durch Drehen hergestellte Ringe derart in die Galette einzusetzen, dass sie an allen Stellen des Umfanges gleich gut am Galettenmantel anliegen.
Bei diesem Stande der Technik besteht die Aufgabe, eine induktiv beheizte Galette vorzuschlagen, deren über die Galettenlänge betrachtetes Temperaturprofil derart linearisiert sein kann, dass die Temperaturdifferenz, die sich unter ungünstigen Bedingungen zwischen Galettenmitte und Galettenenden einstellt, möglichst klein ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemässe Galette dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel in seiner Innenfläche wenigstens eine in sich geschlossene, sich über den gesamten Mantelumfang erstrekkende Ausnehmung mit einer im Bereich wenigstens eines Mantelendes über den gesamten Mantelumfang sich erstreckenden Hinterschneidung aufweist.
Ausführungsbeispiele der Galette nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Galette kann die Ausnehmung leer oder von einem Ring ausgefüllt sein. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Galette und
Fig. 2 eine schematische Darstellung verschiedener Temperaturprofile.
Gemäss Fig. 1 besitzt eine Galette 1 einen Galettenmantel 2, der mittels einer Welle 3 in einem Maschinengestell 4 fliegend gelagert ist. Die Welle 3 ist dabei in einem Vorsprung 5 befestigt, der sich an einer Stirnplatte 6 der Galette befindet. Der Vorsprung 5 und die Welle 3 sind von einem Kern 7 aus magnetisierbarem Werkstoff, beispielweise lamellierten Eisenblechen, umgeben. Der Kern 7 hat einen U-förmigen Querschnitt, der im dargestellten Beispiel derart ausgebildet ist, dass die beiden Schenkel 8 und 9 gleich lang sind. Der Kern 7 ist mit Hilfe einer Halterung 10 fest mit dem Maschinengestell verbunden, so dass er am Umlauf des Galettenmantels 2 und der Welle 3 nicht teilnimmt.
Der Kern 7 trägt ferner eine aus mehreren Windungen bestehende Spule 11, deren Enden 12 und 13 mittels einer Anschlussleitung 14 mit einer nicht dargestellten Wechselstromquelle verbunden sind.
Zur Vergleichmässigung des Temperaturprofiles, also des Temperaturverlaufs über die Galettenlänge, sind in den Galettenmantel Ringe 15 und 16 eingelegt.
Die Ringe weisen im Bereich wenigstens eines Galettenendes 17 und/oder 18 kragenartige Vorsprünge 19 auf, die um den gesamten Ringumfang verlaufen. Diese kragen artigen Vorsprünge haben vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und sie sind so weit an den Enden 17; 18 des Galettenmantels 2 vorverlegt, dass das erstrebte gleichmässige Temperaturprofil über die gesamte Galettenlänge entsteht. Die Ringe mitsamt ihren kragenartigen Vorsprüngen können beispielsweise mit Hilfe des bekannten Pulverspritzverfahrens in entsprechend gestaltete Ausdrehungen des Galettenmantels 2 eingefügt werden. Wie bereits betont, genügt es für manche Fälle auch, wenn lediglich formentsprechende Ausdrehungen im Galettenmantel vorhanden sind, wobei dann auf die eingelegten bzw. eingespritzten oder gesinterten Ringe verzichtet werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Form des Kernes 7 hat sich als besonders günstig erwiesen. Dieser Kern weist zwei gleich lange Schenkel 8 und 9 auf, deren Aussenabmessung 20 wenigstens annähernd der Länge des Galettenmantels 2 entspricht. Die Anordnung ist ferner so getroffen, dass die kragenartigen Vorsprünge 19 der Ringe 15 und 16 ebenfalls bis in den Bereich der maximalen Aussenabmessung der Kernschenkel hineinragen.
Auf diese Weise wird der magnetische Kraftfluss gezwungen, den Galettenmantel bis an die Enden der wirksamen Länge zu durchsetzen und dort durch Induktion Ströme, die der Aufheizung des Galettenmantels dienen, zu erzeugen. Die dargestellte Ausgestaltung des Kernes hat zudem noch den Zweck, dass keinerlei mechanische Kräfte auf die Lager 21 bzw. die Welle 3 übertragen werden, was der Fall wäre, wenn anstelle des dargestellten Kernes beispielsweise ein langgestreckter Kern verwendet würde, wie er im USA-Patent 3 412 228 gezeigt ist. Desgleichen würden mechanische Kräfte auf die Welle 3 und damit auf die Lager 21 übertragen, wenn die Schenkel verschiedene Längen hätten, wobei der längere Schenkel dann in einen Vorsprung bzw. eine Ausnehmung des Galettenmantels eingreifen würde.
Die Wirkung der beschriebenen Ausgestaltung des Galettenmatels bzw. der dort eingesetzten Ringe kann aus Fig. 2 abgelesen werden. In der Figur ist ein Diagramm dargestellt, auf dessen horizontaler Achse die Länge des Galettenmantels in cm aufgetragen ist. Auf der vertikalen Achse ist die Oberflächentemperatur einer aufgeheizten Galette in C aufgetragen. Kurve I lässt den üblicherweise erzielten Temperaturverlauf über die Länge erkennen, wenn keinerlei Ausdrehungen im Galettenmantel vorhanden sind (nicht erfindungsgemäss). Es ist zu erkennen, dass in diesem Fall Temperaturunterschiede von 20 und mehr ' C zwischen den Galettenenden und der Galettenmitte auftreten.
Werden dagegen im Inneren des Galettenmantels entsprechend gestaltete Ausdrehungen angebracht, so gelingt es bereits, diese Temperaturunterschiede auf die Hälfte zu reduzieren, wie dies durch die Kurve II dargestellt wird.
Die Kurve III zeigt schliesslich das Temperaturprofil der in Fig. 1 dargestellten Galette mit Einlagen aus Kupfer oder Messing, die nach dem Pulverspritzverfahren erzeugt wurden.
Weitere Versuche haben gezeigt, dass anstelle von Kupfer auch Kupferlegierungen, beispielsweise Bronze oder Messing, verwendet werden können. Auch andere nicht magnetisierbare, aber gut elektrisch leitende Werkstoffe, wie Aluminium oder dergl., sind zu verwenden.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, könnten also die die Ringe 15 und 16 aufnehmenden Ausnehmungen auch leer sein, wobei auf die Erzeugung einer zusätzlichen Wärmemenge im hochkonduktiven Material verzichtet wird und die Linearisierung des Temperaturprofils lediglich durch entsprechende Verdrängung des magnetischen Flusses erzielt wird.
Vorzugsweise ist jedoch, wie in der Zeichnung dargestellt, die bzw. jede Ausnehmung mit einem in den Galettenmantel eingebetteten Ring aus elektrisch gut leitendem, nicht magnetisierbarem Werkstoff gefüllt.
Ein solcher Ring kann dann zweckmäissig in dem kragenartig vorspringenden Teil der Ausnehmung einen kragenartigen Vorsprung aufweisen. Mit einer solchen bevorzugten Ausbildung kann, im Vergleich zu der eingangs geschilderten bekannten Anordnung von Ringen im Innenraum des Galettenmantels, zweierlei erreicht werden: Einmal ist es durch die kragenartigen Vorsprünge möglich, den bzw. die Ringe aus hochkonduktivem Werkstoff optimal der Galettenform anzupassen und so an jeder beliebigen Stelle der Galettenlänge genau diejenige Zusatzwärmemenge zu entwickeln, die infolge vermehrter Wärmeabfuhr gerade dort benötigt wird. Zum anderen ist es durch das Einbetten des Ringes in den Galettenmantel möglich, den Wärmeübergang optimal zu gestalten, da hierdurch die Berührungs fläche zwischen Ring und Mantel wesentlich vergrössert wird.
Um diesen Vorteil voll auszunutzen zu können, können dabei die kragenartigen Vorsprünge zweier Ringe einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und mit ihren Spitzen so weit an die Enden des Galettenmantels vorverlegt sein, dass ein über die gesamte Galettenlänge gleichmässiges Temperaturprofil entsteht. Vorteilhafterweise können die Ringe nach dem an sich bekannten Pulverspritzverfahren erzeugt werden, oder sie können durch Sintern erzeugt und dabei fest mit dem Galettenmantel verbunden werden. Bei Anwendung dieser an sich bekannten pulvermetallurgischen Methoden ist es nicht erforderlich, die Ringe zunächst ausserhalb des Galettenmantels zu erzeugen und sie danach in entsprechende Aussparungen einzulegen, sondern die Ringe können unmittelbar in den Aussparungen des Galettenmantels aufgebaut und dabei sogleich aufs innigste mit diesem verbunden werden.
Durch diese Massnahmen kann sichergestellt werden, dass der Wärmeübergang vom Ring auf den Galettenmantel optimal ist.
Bei Versuchen zur Herstellung derartiger bevorzugter Galetten hat sich gezeigt, dass die beschriebenen Einlagen in doppelter Hinsicht wirksam sein können.
Einmal kann in ihnen infolge der besseren elektrischen Leitfähigkeit eine zusätzliche Wärmemenge erzeugt werden, die durch Wärmeleitung an den Galettenmantel abgegeben werden kann. Zum anderen kann aber noch ein weiterer Effekt entstehen, indem der magnetische Fluss von den nicht magnetisierbaren Einlagen verdrängt werden und bei geeigneter Formgestaltung in diejenigen Teile des Galettenmantels fliessen kann, in denen die zusätzliche Wärmemenge benötigt wird. Auf diese Weise können diese Teile ebenfalls vom Fluss durchströmt werden, so dass in ihnen selbst durch Induktion ein erhöhter Strom und folglich zusätzliche Wärme entstehen kann.
Dieser doppelte Effekt der Einlagen kann besonders ausgenützt werden, wenn der Kern in an sich bekannter Weise einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Aussenabmessung der beiden gleich langen Schenkel des Kernes wenigstens annähernd der Länge des Galettenmantels entsprechen kann.