CH652266A5

CH652266A5 - Walze mit elektromagnetischer heizung.

Info

Publication number: CH652266A5
Application number: CH5165/81A
Authority: CH
Inventors: Josef Dr-Ing Pav; Hans-Juergen Dr-Ing Lauschner; Peter Dr Rer Nat Gaede
Original assignee: Kleinewefers Gmbh
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1985-10-31
Also published as: FI812697L; DE3033482A1; US4425489A; JPS5778793A; JPS5851397B2; CA1171915A; GB2083729B; IT8168175A0; SE457135B; IT1144761B; GB2083729A; FI70358B; SE8105262L; DE3033482C2; FI70358C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze mit elektromagnetischer Heizung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf eine Kalanderwalze.

Bei einer bekannten Walze dieser Art (GB-PS 13 19 318), die dem Beheizen von Textilfäden dient, sind axial nebeneinander zwei in Umfangsrichtung verlaufende Magnetspulen vorgesehen, die mit Wechselstrom versorgt werden. Der Magnetkern besteht aus E-förmigen Blechen, deren drei Stege mit ihren Stirnseiten der Innenfläche des Walzenmantels zugewandt sind. An einer Stirnseite des fliegend gelagerten Walzenmantels ist ein Temperaturfühler ortsfest gehalten. In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur wird der Erreger-Wechselstrom in beiden Magnetspulen geändert, um die Temperatur des verhältnismässig kurzen Walzenmantels innerhalb annehmbarer Temperaturgrenzen zu halten. Hierbei verläuft der magnetische Fluss innerhalb des Walzenmantels im wesentlichen in axialer Richtung.

Bei einer ähnlichen Konstruktion (GB-PS 9 78 163) weist der Magnetkern sechs in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte lameliierte Balken auf, die von zwei axial nebeneinander angeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden Spulen umgeben sind. Die beiden Stirnseiten der Balken liegen den einander zugewandten Innenflächen zweier mit dem Walzenmantel verbundener Stirnwände gegenüber, so dass der magnetische Fluss zunächst durch die Stirnwände und dann axial durch den Walzenmantel verläuft. Ein Thermoelement ist zwischen den beiden Spulen angeordnet.

Bei einer weiteren bekannten Walze (DE-AS 12 37 239), die als Trockenzylinder für Papiermaschinen dient, sind mehrere konzentrisch zur Achse verlaufende Spulen axial nebeneinander vorgesehen, die schräg zu einer Durchmesserebene stehen und mit Wechselstrom erregt werden. Sechzehn sich in Axialrichtung erstreckende, lamellierte Magnetkernteile weisen Stege auf, deren Polflächen der inneren Oberfläche des Walzenmantels zugewandt sind. Diese Polflächen sind auf einer Spirallinie angeordnet. Der magnetische Fluss im Walzenmantel verläuft wiederum in axialer Richtung. Am Rand der Walze muss eine verminderte Beheizung in Kauf genommen werden.

Es ist auch schon bekannt (US-PS 41 81 846), eine Trommel über einen schmalen Abschnitt von aussen induktiv durch einen einzigen Elektromagneten zu beheizen, der mit Wechselstrom erregt wird.

Sodann ist es bei stangenförmigen Werkstücken bekannt (DE-OS 29 14 277), das Aufheizen in mehreren aufeinander folgenden Abschnitten eines Induktors durchzuführen. Die Erregung erfolgt durch Wechselstrom aus einem Dreiphasennetz. Die Temperatur des Werkstücks wird mit Messwertgebern erfasst und die Leistungszufuhr zu den zugehörigen Wicklungsabschnitten des Induktors nach einem Soll-Istwert-Vergleich entsprechend gesteuert, damit das Werkstück mit einer gleichmässigen Endtemperatur die Heizvorrichtung ver-lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beheizbare Walze der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei

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der die Oberflächentemperatur über die axiale Länge der Walze auf einem vorgegebenen Temperaturprofil und insbesondere auf einem über die axiale Länge konstanten Temperaturwert gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Da über die Walzenlänge mehrere getrennt ansteuerbare Sektionen vorhanden sind, lässt sich die durch Induktion übertragene Heizleistung und damit die Temperatur an den diesen Sektionen zugeordneten Abschnitten des Arbeitsbereichs individuell festlegen. Durch die Verwendung der örtlichen Messwerte in Verbindung mit der Regelkreisschaltung wird ein gewünschtes Temperaturprofil an der Aussenfläche des Walznemantels aufrechterhalten. Man kann daher eine mit geringsten Abweichungen über die Walzenlänge konstante Oberflächentemperatur einstellen. Man kann aber auch, beispielsweise unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit des zu behandelnden Bahnmaterials, ein von dieser Konstanz abweichendes Temperaturprofil erzielen. Aufgrund seiner Wandstärke erhält der Walzenmantel eine verhältnismässig grosse Masse mit einer sehr gleichmässigen Temperaturverteilung an der Aussenfläche.

Da die Magnete mit Gleichstrom erregt werden und ihre Polarität in Umfangsrichtung alterniert, ergeben sich bei einer Drehung der Walze in deren Mantel in Umfangsrichtung verlaufende magnetische Wechselflüsse, die die zur Beheizung erwünschten Wirbelströme in axial genau definierten Bereichen hervorrufen. Hierbei muss keine Blindleistung, wie bei Wechselstrom, berücksichtigt werden, wodurch sich der Geräteaufwand reduzieren lässt. Die Verluste im feststehenden Träger sind vernachlässigbar klein; insbesondere tritt nicht eine solche Erwärmung des Trägers auf, dass rasche Temperaturerhöhungen im Walzenmantel (wie sie manchmal zur Vermeidung von Ausschuss erforderlich sind) behindert werden würden. Dies gilt auch, wenn der Träger nicht geblecht ist, sondern aus massivem Material besteht, wodurch die Stabilität erhöht werden und der Träger mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann.

Gemäss den Ansprüchen 2 und 3 wird an den Enden des Walzenmantels zusätzlich Wärme erzeugt, wodurch der erhöhte Wärmeabfluss an den Walzenenden und die damit verbundene Abkühlung der Oberfläche kompensiert werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 ergeben sich zusätzliche Beeinflussungsmöglichkeiten, beispielsweise um den Walzenmantel mechanisch durch Magnetkräfte zu belasten.

Unter Ausnutzung der Merkmale des Anspruchs 5 kann die von den Heizmagneten erzeugte Magnetkraft zusätzlich benutzt werden, um mechanisch auf die Walze einzuwirken, sei es um den Walzenmantel zu tragen, einen Durchbiegungsausgleich zu bewirken oder eine gewünschte Andruckkraft herbeizuführen. Insbesondere kann man mittels eines oder mehrerer Magneten die gewünschte Kompensationskraft einstellen, wodurch auch eine Heizleistung in den Walzenmantel übertragen wird, und durch weitere in Umfangsrichtung versetzte Magnete, deren Kraftsummenvektor infolge symmetrischer Anordnung Null ist, die noch fehlende Heizleistung übertragen.

Besondere Vorteile bietet ein Walzenmantel mit einer Wandstärke gemäss dem Anspruch 6.

Eine Walze nach Anspruch 7 erlaubt es, die Messwerte an verschiedenen axial versetzten Stellen mit einem einzigen Messwertgeber zu ermitteln.

Die Ausführung des Anspruchs 8 ist besonders wenig störanfällig. Für den Messwertgeber können sonst unbenutzte freie Räume ausgenutzt werden.

Besonders empfehlenswert ist ein Infrarot-Strahlungsmessgerät als Temperatur-Messwertgeber nach Anspruch 9. Da die Oberfläche der meisten Walzen metallisch und hochglänzend ist, ergibt sich eine hohe Messgenauigkeit. Besonders gute Messergebnisse zeigen sich bei der Ausführungsform des Anspruchs 10. Beispielsweise kann ein Mattlackoder Kunststoff-Streifen zur Erhöhung der Wärmestrahlenabgabe aufgetragen sein.

Da der Walzendurchmesser eine nur von der Temperatur abhängige Grösse ist, kann auch die Ausführungsform des Anspruchs 11 zur Temperaturmessung herangezogen werden.

Eine weitere Möglichkeit der Temperaturmessung ergibt sich aus Anspruch 12. Mit an sich bekannten Messgeräten lässt sich die temperaturabhängige Änderung von Materialeigenschaften, wie Leitfähigkeit und Permeabilität des Walzenmantels, feststellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Walze mit elektromagnetischer Heizung

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1

Fig. 3 schematisch eine andere Ausführungsform einer Walze und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Messwertgebers.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist eine Kalanderwalze 1 veranschaulicht, die mit einer Gegenwalze 30 zusammenwirkt. Die Walze 1 weist einen hohlen Walzenmantel 2 auf, der über ein Lager 3 auf einem Träger 4 gelagert ist, welcher von einem Ständer 5 gehalten wird, und zwar drehfest, wie es durch eine Schraube 6 angedeutet ist.

Am Träger 4 sind in Achsrichtung nebeneinander mehrere Sektionen Sl, S2, S3, S4... angeordnet, die jeweils acht Elektromagneten A bis H aufweisen, die über ein im Träger 4 ausgebildetes Joch 7 miteinander verbunden sind. Jeder Magnet besitzt eine Spule 8 und eine Polschuh 9, dessen Polfläche 10 der Innenfläche 11 des Walzenmantels 2 benachbart ist. Die Anschlussleitungen 12 der Spulen 8 sind durch eine Bohrung 13 im Träger 4 nach aussen geführt.

Ausserhalb des Arbeitsbereichs 14 der Walze 1 ist ihrer Aussenfläche 15 axial mit Abstand nebeneinander eine Anzahl von Temperatur-Messwertgebern M benachbart.

Jeçier Sektion Sl ff. ist ein Messwertgeber Ml ff. zugeordnet. Es handelt sich um Messgeräte, die temperaturabhängige Änderungen des Walzenmaterials durch eine Wirbelstromprüfung ermitteln und daher über die Leitung 16 ein von der Temperatur der Aussenfäche 15 abhängiges Signal abgeben.

Äm Ende 17 des Walzenmantels 2 ist auf der dem Arbeitsbereich 14 gegenüberliegenden Seite im Walzenmantel 2 eine weitere Magnetanordnung 18 benachbart, welche die Magnete I bis L aufweist. Auch hier ist jeweils ein Polschuh 19 von einer Spule 20 umgeben. Seine Polfläche 21 ist der Aussenfläche 15 des Walzenmantels benachbart. Diese Spulen 20 sind mit Anschlussleitungen 21 versehen.

Eine Regelkreisschaltung 22 weist für jede Sektion Sl ff. einen Regelkreis Rl, R2, R3, R4... auf, dem über einen ersten Eingang 23 ein Temperatursignal vom Temperatur-Messwertgeber Ml und über einen zweiten Eingang 24 ein dem Temperatur-Sollwert an dieser Stelle entsprechendes Signal zugeführt wird. Über einen dritten Eingang 25 kann ein der Belastung oder Lage der Walze entsprechendes Signal zugeführt werden. Der jeweilige Ausgang 26 führt zu einem Stromsteller TI, T2, T3, T4... für jede Sektion Sl ff. Diese Stromsteller besitzen je einen Satz Ausgangsleitungen 27, welche mit den Anschlussleitungen 12 jeweils einer Sektion Sl ff. verbunden sind. Der Stromsteller TI ist ausserdem mit den Anschlussleitungen 21 der Magnetanordnung 18 verbunden. Es ist nicht erforderlich, dass alle Spulen je für sich angesteuert werden.

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Beispielsweise können jeweils zwei benachbarte Spulen oder zwei einander gegenüberliegende Spulen in Reihe geschaltet sein.

Wenn die Magnetspulen mit Strom versorgt werden, so werden in dem aus Stahl bestehenden Walzenmantel 2 Wirbelströme nahe der inneren Fläche 11 erzeugt. Diese führen zu einer Beheizung des Walzenmantels. Diese Wärme wird nach aussen und an das zu behandelnde Bahnmaterial abgeführt. Da die Dicke d des Walzenmantels mehr als doppelt so gross ist als die Eindringtiefe der Wirbelströme, ergibt sich zwischen den Sektionen ein gleichmässiger Temperaturübergang. Auch wenn sämtliche Spulen einer Sektion vom gleichen Erregerstrom durchflössen werden und gleichpolig geschaltet sind, tritt diese Wirbelstrombildung auf, weil auf Grund der Lücken zwischen den Polflächen eine Flussänderung erfolgt. Günstiger ist es allerdings, an in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Polflächen unterschiedliche Verhältnisse zu schaffen, um eine stärkere Flussänderung herbeizuführen, sei es durch unterschiedliche Erregung oder durch einen alternierenden Polwechsel. Auf jeden Fall bereitet es keine Schwierigkeiten, auf diese Weise eine ausreichend grosse Heizleistung in den Walzenmantel zu übertragen.

Im Betrieb wird dem Eingang 24 jedes Regelkreises R1 ein dem Sollwert der Temperatur an der Aussenfläche 15 entsprechendes Signal zugeführt, sei es fest eingestellt oder in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen änderbar. Über den Eingang 23 wird das Ausgangssignal des Temperatur-Messwertgebers M zugeführt. Der Stromsteller T versorgt nunmehr die Spulen 8 seiner zugehörigen Sektion derart mit Erregerstrom, dass sich durch Wirbelstrombildung die gewünschte Sollwerttemperatur einstellt. Die zusätzliche Beheizung mittels der Magneten I bis L am Rand verhindert einen Temperaturabfall zum Ende der Walze hin.

Wenn über den Eingang 25 zusätzlich Lage- oder Belastungssignale zugeführt werden, kann auch ein Durchbiegungsausgleich o. dgl. erzielt werden. In diesem Fall würden beispielweise die Magneten A und H so gesteuert werden, dass sie der die Durchbiegung hervorrufenden Kraft entgegenwirken. Die dabei auftretenden Wirbelströme erzeugen einen Teil der Heizleistung. In diesem Fall werden die Magnete D und E nicht benutzt. Die Magnete B, C, F und G werden vom selben Strom durchflössen, der so gesteuert wird, dass die zusätzlich noch erforderliche Heizleistung aufge-5 bracht wird. Die von diesen Magneten ausgeübte Kräfte heben sich gegenseitig auf.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden für gleiche Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen gegenüber Fig. 1 verwendet. Unterschiedlich ist zunächst, dass an den Enden des Wal-io zenmantels je ein Rotor 117, 117' eines Antriebsmotors 118, 118' vorgesehen ist, dessen Stator 119 ortsfest angeordnet ist. Dieser Motor kann beispielsweise ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer sein. Die hierbei im Rotor aufgenommene Heizleistung trägt dazu bei, einen Temperaturabfall zum Walls zenende hin zu verhindern.

Ausserdem sind bei dieser Ausführungsform die Temperatur-Messwertgeber M' als Infrarot-Strahlungsmessgeräte ausgebildet, die fest am Träger 104 angebracht sind, und zwar jeweils zwischen zwei Sektionen S1 ff. Ausserdem ist an der 20 Innenfläche 111 des Walzenmantels 102 jeweils vor diesen Messwertgebern M' ein Umfangsstreifen 128 aus schwarzem Mattlack aufgetragen, um eine optimale Strahlungsabgabe zu erzielen. Die so gemessene Temperatur an der Innenfläche 111 steht in einem festen Zusammenhang mit der Temperatur 25 an der Aussenfläche 115.

Ausserdem sind am Träger 104 Belastungs-Messwertgeber m vorgesehen, welche den Abstand zur Innenfläche 111 fühlen und ein entsprechendes Signal an die Eingänge 25 der Regelkreise R1 ff. geben.

30 Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist einer auf einem Träger 204 gelagerten Walze 201 ein Temperatur-Messwertgeber M" zugeordnet, der auf einer Schiene 229 in Axialrichtung hin- und herbewegbar ist. Er kann in verschiedenen Positionen a, b und c anhalten, um dort den Temperaturmess-35 wert aufzunehmen. Sein Ausgangssignal wird einer Regelkreisschaltung 222 zugeführt, welche die jeweilige Messung der zugehörigen Sektion zuteilt.

Statt mit Gleichstrom können die Magnetspulen 8 auch mit Wechselstrom oder mit Drehstrom versorgt werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Walze mit elektromagnetischer Heizung, mit einem hohlzylindrischen Walzenmantel aus ferromagnetischem Material, mit in ihm induktive Ströme erzeugenden, in Achsrichtung nebeneinander angeordneten, an einem im Innern des Walzenmantels angeordneten drehfesten Träger, angebrachten Elektromagneten, deren Polflächen der inneren Oberfläche des Walzenmantels zugewandt sind, mit einer Temperatur-Messwertgeberanordnung, die einen der Istwerttemperatur der Aussenfläche des Walzenmantels entsprechenden Messwert ermittelt, und mit einer Regelkreisschaltung, die den die Änderung des magnetischen Flusses im Walzenmantel bestimmenden Erregerstrom unter Berücksichtigung des Messwerts und eines vorgegebenen Sollwerts in Richtung auf den Sollwert ändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete in Achsrichtung nebeneinander angeordnete Sektionen (S^f) bilden, deren jeweiliger Erregergleichstrom für sich einstellbar ist, dass in jeder Sektion eine gerade Anzahl in Umfangsrichtung versetzter Elektromagnete (A-H) vorgesehen ist, deren Polarität in Umfangsrichtung alterniert, dass die Temperatur-Messgeberanordnung (Mirr, M', M") einen örtlichen Messwert an verschiedenen axial versetzten Stellen ermittelt und dass durch die Regelkreisschaltung (22) der jeweilige Erregergleichstrom der einzelnen Sektionen unter Berücksichtigung der örtlichen Messwerte und eines vorgegebenen Temperaturprofils an der Aussenfläche des Walzenmantels (2) änderbar ist, dessen Wandstärke (d) mindestens doppelt so gross ist wie die Eindringtiefe der Wirbelströme.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich räumlich feststehende Elektromagnete (I-L) nahe den Stirnseiten und/oder der Aussenseite des Walzenmantels angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nahe den Stirnseiten und/oder der Aussenseite des Walzenmantels an diesem ein Rotor (117, 117') eines elektrischen Antriebmotors (118, 118') für die Walze mit einem räumlich feststehenden Aussenstator (119,119') befestigt ist.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregergleichströme der in Umfangsrichtung versetzten Magnete (A-H) einzeln oder gruppenweise von der Regelkreisschaltung (22) änderbar sind.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Belastungs-Messwertgeber (m) vorgesehen ist, der einen der mechanischen, etwa in radialer Richtung wirkenden Istwertbelastung des Walzenmantels (102) an verschiedenen axial versetzten Stellen entsprechenden Messwert ermittelt, und dass mit der Regelkreisschaltung (22) die Erregergleichströme zusätzlich in Abhängigkeit von diesen Messwerten änderbar sind.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (d) des Walzenmantels (2) mindestens 20 mm beträgt.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messwertgeber (M") parallel zur Walzenachse ausserhalb des Walzenmantels hin- und herbewegbar ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sektion (Sin) zumindest ein ortsfest angeordneter Temperatur-Messwertgeber (M') zugeordnet ist, der sich jeweils zwischen zwei axial benachbarten Magneten befindet.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Messwertgeber (M') ein Infrarot-Strahlungsmessgerät ist.

10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Infrarot-Strahlungsmessgerät (M') im Innern des Walzenmantels (102) angeordnet ist, die Mantel-Innenfläche zumindest im Bereich des Messgeräts eine Behandlung zur Erhöhung der Wärmestrahlenabgabe aufweist.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Messwertgeber ein den Walzendurchmesser feststellendes Messgerät ist.

12. Walze nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Messwertgeber (M) ein temperaturabhängige Änderungen des Walzenmaterials durch Wirbelstromprüfung ermittelndes Messgerät ist.