CN102007246A - 可加热的压花辊 - Google Patents

Abstract

一种可加热的辊，尤其是用于加工带状的材料，该辊包括空心圆柱形的辊体。辊体(10)在内壁中具有槽形的凹部(13n)，用于容纳至少一个加热元件(13)，加热元件(13)与辊体(10)处于导热的接触。

Description

可加热的压花辊

技术领域

本发明涉及一种可加热的空心辊，尤其是一种压花辊。

背景技术

已知可电加热的压花辊，它们设有陶瓷加热元件，这些陶瓷加热元件通过夹紧带敷设到辊套上。温度测量从内部进行，能量输入和测量值传输通过滑环进行。温度恒定性在调节的状态下大约为4～5K，在生产起动和停止时温度波动大约15K。

在US 3105133中介绍一种可加热的空心辊，其辊套构成为空心体，该空心体填充有共晶体。共晶体在室温时为固态，而在辊的工作温度时为液态。该空心辊通过设置在该空心辊的内腔中的杆形的电加热元件加热，这些电加热元件轴线平行地设置。为了调节温度，设置构成为双金属开关的测温计，它加入到共晶体中。

在DE 4033986A1中介绍一种可加热的辊，尤其是用于加工带状材料例如纸张，它的辊体具有外周的通道或孔，它们优选轴线平行于辊体地设置。在孔中设置加热元件，这些加热元件在轴向方向上平行于辊体延伸。加热能量从加热元件到辊体的传递通过对流液体实现。

在DE 102005034060A1中介绍一种压延机的加热辊，它用载热介质加热并且具有感应的附加加热装置。借助于附加加热装置可以快速地适配于不同的材料种类，例如不同的纸张种类。通过组合加热能改善热输入的可调节性，因为感应的附加加热装置具有低的热惯性。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有改善的温度调节性的可加热的辊。

上述目的按本发明通过一种可加热的辊达到，它尤其是用于加工带状的材料，它包括空心圆柱形的辊体，辊体在内壁中具有槽形的凹部，用于容纳至少一个加热元件，加热元件与辊体处于导热的接触。

通过在设置于槽形的凹部内的加热元件与辊体之间的导热的接触，实现从加热元件到辊体的非常良好的传热。不需要用于均匀传热和/或用于降低加热元件最大温度的对流液体。

另外，加热元件在槽形的凹部内机械地引导，使得它一方面是可靠地固定的，另一方面能不借助于装配辅助装置容易地装配。

通过从加热元件到辊体的非常良好的传热，另外避免加热元件的过热，因此达到提高的寿命和可靠性。

例如可以设置圆环形的槽，它们在轴向方向上并排地设置。

特别优选的是，槽形的凹部在辊体的内壁中以螺纹通道的形式延伸。因此尤其是降低各个加热元件在辊体内部以及辊体外部的机械的和/或电的安装费用，并且实现辊体的特别均匀的加热。如上面已经说明过的，加热元件已经在装配时在槽中引导，使得可以设定，加热元件在装配时才成型为贴紧在辊体上的螺旋形的加热元件。也无必要将加热元件预成型为螺旋、加入辊体中并然后固定，例如将其嵌入粘胶层或油灰层中。通过将加热元件布置在以螺纹通道形式的槽形凹部中，可以按简单的方式在加热螺旋的相邻的绕圈之间构成恒定的圈距，使得在辊表面上的温度仅具有小的局部偏差。但是也可能的是，通过不恒定的螺纹导程有目的地在辊表面上构成温度曲线，随着螺纹导程的增加，即随着圈距的增加，辊体的平均的表面温度降低；而随着螺纹导程的降低，即随着圈距的降低，辊体的平均的表面温度增加。因此可以设定，在辊体的边缘区域中设置高的螺纹导程，即大的圈距，而在辊体的中间部分中设置低的螺纹导程，即小的圈距，使得在工作使用中在辊体上的温度曲线是基本上恒定的，并且在辊体的边缘区域中的温度上升或者在辊体的中间部分中的温度下降得到避免。试验已经显示，因此尤其是可以避免在辊体的边缘区域中造成的张力，并且因此可以改善压花结果。但是例如也可能，螺纹导程关系与前述实施例相反地构成，此时在工作使用中没有上述措施，辊体的中间段比边缘区域具有较高的温度。

可以设定，加热元件构成为管形的加热元件。加热元件可以优选地具有圆形的横截面，但是它也可以具有其它横截面，例如椭圆形或矩形的横截面。圆形的横截面可以是优选的，因为它对于加热元件围绕其纵轴线的扭转是不敏感的，这对于椭圆形或矩形的横截面例如是不满意的。

另外可以设定，选择用于加热元件的这样的横截面，它对应于槽形凹部的横截面，使得在加热元件的表面与槽形凹部的内侧之间没有气隙。

另外可以设定，在辊体的槽形的凹部中加入导热膏。导热膏优选涉及高导热性的膏状的材料，它由于其稠性能完全填满宏观的和微观的在加热元件的表面与槽形凹部的内侧之间的空隙，并且因此明显提高因导热而提供用于传热的接触面积。按这种方式可以降低加热辊体的能量需求，并且可以避免以热岛形式的局部温度偏差。

另外可以设定，在辊体的槽形凹部中加入分离膏，它防止加热元件的表面与槽形凹部的内侧的焊接。在较长的工作使用时可能出现这样的焊接，例如由于合金成分的扩散引起，因此特别是使得在维修情况下加热元件的无破坏的更换变得困难或不可能。

优选可以设定，分离膏是导热膏。

另外可以设定，加热元件是电加热元件。加热元件优选可以构成为同轴加热元件，包括设置在中央的电加热导体，它由绝缘层包套并且设置在套管中。套管例如可以由具有高导热性的金属构成。

另外可以设定，相邻加热元件的接头错开180°地设置。

可以设定，加热元件的直径在2～5mm的范围内。

在另一有利的结构中可以设定，辊具有在轴向延伸长度上设置的加热区。按这种方式可能的是，在整个辊长度上调节确定的温度曲线。

可以设定，辊具有3～16个加热区，优选10～14个加热区，并且还优选12个加热区。在具有三个加热区的辊中，加热区这样构成，使得在辊的外部区域尤其是在其固定位置附近设置较窄的加热区，而在这两个外部的加热区之间设置较宽的内部的加热区。

对于每个加热区可以设置至少一个加热元件。可能的是，多个加热元件构成一个加热区，尤其是在设置若干的较宽的加热区的情况下。但是已经证实，加热区的宽度选择得小于100mm，例如大约为73mm。

可以有利地设定，加热元件的温度可以分开地调节。即可以设定，每个加热元件连接在一个单独的温度调节器上，其根据该加热元件的温度调节电压和/或电流强度和/或电源的填充系数。

也可以设定，加热元件具有不同的加热功率。

另外可以设定，每个加热区具有至少一个测温计。测温计例如可以是热电偶或者电阻式热电偶，但是也可以使用任何其它的测温计，它提供与温度相关的电输出信号。也可能的是，使用加热元件的电阻丝作为测温计，电阻丝的电阻的温度相关性可以作为温度测量参数。非线性的温度-电阻特性曲线可以例如借助于计算机支持的线性化单元被线性化，该单元可以构成为温度调节器的构件组。也可以设定，电阻丝的电阻的温度相关性直接用于温度调节，此时可以有利地设定恒定的供给电压。

另外可以设定，每个加热区的温度可以单独地调节。可以设定，每个加热区的所述一个或多个加热元件连接到一个单独的温度调节器上，该温度调节器根据加热元件的温度调节电压和/或电流强度和/或电源的填充系数。

另外可以设定，凹部的导程为8～12mm，优选为10mm。

其它有利的实施形式针对特别节约能量的结构。

可以设定，在辊的外套上设置压花环。

辊可以有利地具有4～6个加热区并且在辊的外套上可以设置6～8个压花环。压花环例如可以是可电加热的。压花环的电加热在此与加热区在辊内部的电加热无关地通过设置在压花环中的加热元件实现。可以设定，电加热元件如上面对于压花辊所描述的那样设置在压花环上。压花环可以具有恒定的宽度，但是它们也可以构成有不同的宽度。

另外可以设定，在相邻的压花环之间设置一个间隔环。借助于各间隔环可以调节压花环的间距。也可能的是，在两个相邻的压花环之间设置多个间隔环。例如可以设置在宽度尺寸上几何分级的一组间隔环，以便可以调节压花环之间的几乎任意的间距。间隔环在此有利地具有与压花环相同的厚度，因此并排的压花环和间隔环在辊的外表面上产生基本上相同的表面，在该表面上相同地并且平面式地或扁平地贴紧要被压花的基材。因此可以防止，基材进入到间隔环和压花环之间的可能的缝隙中，此时构成和/或损害皱褶。

通过建议应用压花环和间隔环可以实现60～80％的能量节约，这是根据在加热的压花环与未被加热的间隔环之间的面积比例是怎样的。未被加热的间隔环的面积份量越高，则能量节约可以越高。另一优点在于，可以简化过程进程，例如对于纸张通过放弃随后的冷却而得到简化，或者可以拓宽使用领域，例如对薄的热塑性的基材压花和随后冷却是可能的。为此在一种优选的实施形式中间隔环在其表面上具有绝热的覆盖层，例如由硅树脂或者类似的材料构成的覆盖层，以便在该区域内防止热量从辊内部输出到基材上。辊的较高的制造成本和改装成本可以通过达到的能量节约快速地收回。

用于纸张和/或塑料薄膜或类似物的压花装置可以有利地构成有一个或多个可加热的辊。

压花装置可以具有用于分开地调节各加热区的控制装置，该控制装置具有用于连接设置在各加热区中的测温计的多个入口以及用于连接分开调节的各加热元件的分开的多个出口。因此对于n个加热区可以设置n个彼此无关的调节回路，这些调节回路分别具有一个测温计、一个温度调节器和至少一个加热元件。各测温计可以有利地具有电子的额定值入口并且控制装置可以构成为计算机控制的。因此可能的是，确定辊的温度曲线，其中预定每个加热区的额定温度。因此在具有十二个加热区的辊的另外在上面提及的优选实施形式中，可以设定具有十二个支点的温度曲线并且通过基于额定值-实际值比较的温度调节对于这十二个加热区的每一个在工作使用中在环境条件波动时遵守该温度曲线。如上所述，电压调节或电流调节或者脉冲宽度调节或类似调节可以用于加热元件的温度调节。

附图说明

现在借助于实施例详细解释本发明。其中：

图1显示本发明的压花辊的第一实施例的剖视图；

图2显示沿着图1的剖面线III-III的压花辊的剖视图；

图3显示沿着图1的剖面线IV-IV的压花辊的剖视图；

图4显示本发明的压花辊的第二实施例的剖视图。

具体实施方式

图1显示可加热的压花辊1，包括构成为空心圆柱体的辊体10，该辊体在其内壁上具有螺旋形延伸的槽13n，用于接纳一个或多个管形的加热元件13。槽13n以加工到辊体10内的内螺纹的形式构成并且构成螺纹通道。

辊体10在其端面上具有支承法兰11和11′，它们可旋转地支承在球轴承12、12′中。支承法兰11和11′与辊体10抗旋转地连接。支承法兰11和11′分别具有一个中央的通孔，该通孔可以由用于加热元件13以及用于测温计14的导电的输入线和输出线穿过。

加热元件13压入到槽13n中，使得在加热元件13与辊体10之间构成良好的热接触。槽13n的导程在图1～3所示的第一实施例中为大约10mm，管形的加热元件13的外径大约为2～5mm。在加入加热元件13之前，在槽13n中可以加入导热膏。导热膏优选涉及膏状的高导热性的材料，它完全填满在加热元件13的表面与槽13n的内侧之间的因制造引起的间隙，并且也填满在加热元件13的表面和槽13n的内侧中的微观不平度。因此进一步改善在加热元件13与辊体10之间的热接触并且因此明显提高因导热而供用于传热的面积。按这种方式可以降低用于加热辊体10的能量需求，并且可以避免以热岛形式的局部的温度偏差。导热膏有利地也具有分离膏的特性，它防止加热元件13的表面与槽13n的内侧焊接。在较长的工作使用中可能出现这样的焊接，例如因为辊体10的合金成分和/或加热元件13的表面材料相应地扩散到相邻的材料中引起焊接，因此尤其是使得加热元件13的无破坏的更换在维修情况下变得困难或不可能。

加热元件13由用电绝缘层包套的加热金属丝构成，它同心地设置在套管中。加热元件的两个末端区段分别引导到加热元件接头16上。在图1～3所示的实施例中设置十二个加热元件13，它们构成十二个加热区H。各加热元件接头16通过电连接线引导到设置于辊体10的内部中的电缆引导装置15上并且在一个滑环上相互接线。十二个加热元件13中的每一个可分开地调节。试验已经显示，因此尤其是可以避免在辊体的边缘区域中引起的张力并且可以改善压花结果。在本发明的压花辊中可以调节加热区H的温度，使得未利用的边缘区域的温度不高于被利用的加热区的温度。加热区H的温度通过设置在加热区H中的测温计14确定。测温计14可以是热电偶，例如类型为NiCr-Ni。优选热电偶可以构成为电阻测温计。但是也可能，例如护套热电偶可以作为测温计。测温计的测量值可以通过滑环朝外传递，滑环的材料副优选是铑/银石墨。

图2和3详细地显示测温计14、加热元件接头16和电缆引导装置15在辊体10的内部中的布置。

测温计14、加热元件接头16和电缆引导装置15装配在二分的夹紧环17上，彼此相对设置的夹紧弹簧18将夹紧环17的两个夹紧环半体彼此压开，使得夹紧环17在张力下贴紧在辊体10的内壁上，每个加热区H设有一个夹紧环17(图1)。

本发明的压花辊1在非常良好的温度恒定性的情况下允许辊表面上的高的单位面积加热功率7.8W/cm²。因此可以实现下列值：

在起动或停止时的上下波动分别为1K；

在生产中的温度恒定性为±0.3K。

图4显示第二实施例。压花辊2构成得如同上述压花辊1，区别在于，压花辊2仅具有六个加热区H并且在辊体10的外壁上以如下布置方式设置可加热的压花环19、间隔环20和去斑环21：在压花辊2的驱动侧开始，首先设置一个与辊体10固定连接的去斑环21。去斑环21防止所谓的斑点。斑点在印刷技术中为滚压中的缺陷，例如变糊的印刷或不清晰的印刷图像。现在以交替的顺序跟随间隔环20和可加热的压花环19，它们构成为可移动的环。环结构通过同样可移动的另一个间隔环20和另一个去斑环21封闭。在压花环19之间的间距通过设置在压花环之间的间隔环20确定。压花宽度通过压花薄膜或者通过压花环19的宽度确定。优选设定，压花环19具有恒定的宽度。

压花辊2优选具有4～6个加热区H。压花环19的数量在此可以在6～8个压花环的范围内。

压花环19的数量可以与加热区的数量无关地选择。压花环的优选材料为钢。压花环19的固定可以通过热压配合或者通过设置在压花辊的表面上的纵向槽以及利用螺钉和槽中滑块(Nutstein)的固定。也可以优选地设定，压花环和间隔环构成为可套到压花辊上的单元，例如构成为可套到压花辊上的管。此时间隔环有利地可以构成得薄于压花环，并且直径差通过硅树脂层补偿。在加入硅树脂层之后，所述的管为了构成光滑的表面可以是精磨的。

另外压花环可以具有光滑的表面或者构成有表面结构并且构成压花冲头。

与图1～3所述的压花辊1相比可以实现下面的有利的效果：

节约能量，在六个压花环时大约80％的加热能量，在八个压花环时大约60％的加热能量；

在对纸张压花时省略随后的冷却；

对薄的热塑性基材压花和随后冷却是可能的。

压花辊的较高成本以及在新的行距时的改装成本通过能量节约在短时间内收回。通过加热区在压花辊内部中的按本发明的布置，总体上得到以下优点：

各个段的较好的温度控制；

每单个段的较小电流并因此较薄的电缆和简化的安装；

在整个压花辊上的良好的温度分布；

特别是与压花环相结合，整个压花辊(内部和外部)的快速且均匀的加热，并从而快速地进入工作；

由于均匀的温度分布提高压花辊的机械稳定性；

在压花辊的外边缘上散热的补偿。

附图标记列表

1、2      压花辊

10        辊体

11、11′  支承法兰

12、12′  球轴承

13        加热元件

13r       压花环的加热元件

13n       槽

14        测温计

15        电缆引导装置

16        加热元件接头

17        夹紧环

18        夹紧弹簧

19        压花环

20        间隔环

21        去斑环

Claims (19)

1.可加热的辊，尤其是用于加工带状的材料，该辊包括空心圆柱形的辊体，其特征在于：辊体(10)在内壁中具有槽形的凹部(13n)，用于容纳至少一个加热元件(13)，加热元件(13)与辊体(10)处于导热的接触。

2.根据权利要求1所述的可加热的辊，其特征在于：槽形的凹部(13n)在辊体(10)的内壁中以螺纹通道的形式延伸。

3.根据权利要求1或2所述的可加热的辊，其特征在于：加热元件(13)构成为管形的加热元件。

4.根据上述权利要求任一项所述的可加热的辊，其特征在于：加热元件(13)是电加热元件。

5.根据权利要求4所述的可加热的辊，其特征在于：相邻加热元件(13)的接头错开180°地设置。

6.根据所述权利要求任一项所述的可加热的辊，其特征在于：辊(1、2)具有在轴向延伸长度上设置的多个加热区(H)。

7.根据权利要求6所述的可加热的辊，其特征在于：辊具有4～16个加热区(H)，优选10～14个加热区(H)。

8.根据权利要求6或7所述的可加热的辊，其特征在于：对于每个加热区(H)设置至少一个加热元件(13)。

9.根据权利要求6至8任一项所述的可加热的辊，其特征在于：加热元件(13)的温度能分开地调节。

10.根据权利要求6至9任一项所述的可加热的辊，其特征在于：每个加热区(H)具有至少一个测温计(14)。

11.根据权利要求6至10任一项所述的可加热的辊，其特征在于：每个加热区(H)的温度能分开地调节。

12.根据权利要求2至11任一项所述的可加热的辊，其特征在于：凹部(13n)的导程为8～12mm，尤其是10mm。

13.根据上述权利要求任一项所述的可加热的辊，其特征在于：加热元件(13)的直径在2～5mm的范围内。

14.根据上述权利要求任一项所述的可加热的辊，其特征在于：在辊的外套上设置多个压花环。

15.根据权利要求14所述的可加热的辊，其特征在于：辊(2)具有4～6个加热区(H)并且在辊(2)的外套上设置6～8个压花环(19)。

16.根据权利要求14或15所述的可加热的辊，其特征在于：各压花环分别具有一个加热元件(13r)。

17.根据权利要求14至16任一项所述的可加热的辊，其特征在于：在相邻的压花环之间设置间隔环。

18.压花装置，其包括根据权利要求1至17任一项所述的可加热的辊。

19.根据权利要求18所述的压花装置，其特征在于：设有用于分开地调节各加热区(H)的控制装置，该控制装置具有多个入口用于连接设置在各加热区(H)中的测温计(14)以及具有分开的多个出口用于连接分开调节的各加热元件(13)。

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