DE102005027101A1

DE102005027101A1 - Temperierelement und Vorrichtung mit Temperierelement

Info

Publication number: DE102005027101A1
Application number: DE200510027101
Authority: DE
Inventors: Richard Wolff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Temperierelement (1) zum Temperieren eines Gutes, insbesondere eines Pressgutes, das zu seiner Bearbeitung in einen Walzspalt einer Walze (7) oder in einen Pressspalt einer Presse einführbar ist, wobei das Temperierelement (1) einen plattenartigen Körper und in den Körper (2) eingebrachte Durchgangsbohrungen (3) zum Durchleiten eines Temperiermediums aufweist und die Durchgangsbohrungen (3) an eine Durchleitungsvorrichtung für das Temperiermedium anschließbar sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Presse mit einem derartigen Temperierelement (1). Unter der Maßgabe, ein deratiges Temperierelement (1) so weiter zu entwickeln, dass es besser temperierbar ist und dass es eine verbesserte und gezielte Wärmeverteilung erlaubt, wird vorgeschlagen, dass die Durchgangsbohrungen (3) mit einem Innenprofil (4) versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperierelement zum Temperieren eines Gutes, insbesondere eines Pressgutes, das zu seiner Bearbeitung in einen Walzspalt einer Walze oder in einen Pressspalt einer Presse einführbar ist, wobei das Temperierelement einen plattenartigen Körper und in den Körper eingebrachte Durchgangsbohrungen zum Durchleiten eines Temperiermediums aufweist und die Durchgangsbohrungen an eine Durchleitungsvorrichtung für das Temperiermedium anschließbar sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, insbesondere eine Presse mit temperierbaren Walz- und/oder Pressspalt, wobei die Presse eine den Walzspalt bzw. den Pressspalt begrenzende Pressvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung zum Temperieren eines Pressgutes aufweist, das zu seiner Bearbeitung in einer Bearbeitungsrichtung durch den Walzspalt bzw. in oder durch den Pressspalt einer Presse führbar ist, und wobei die Temperiervorrichtung ein Temperierelement mit Durchgangsbohrungen und eine Durchleitungsvorrichtung zum Durchleiten eines Temperiermediums durch die Durchgangsbohrungen des Temperierelementes aufweist.
Derartige Temperierelemente werden zum Erwärmen oder Erhitzen und/oder Kühlen beispielsweise eines Gutes oder Werkstückes eingesetzt, wobei die Temperiermedien fluide und/oder gasförmig sein können. Um eine gute Erwärmungs- bzw. Kühlwirkung durch ein Temperiermedium zu erhalten, sollte der Wärmefluss zwischen Temperiermedium und Temperierelement möglichst hoch sein. Hierzu kann, wie in DE 295 00 760 U1 vorgeschlagen, der hier als Druckplatte ausgebildete Körper mit einem System von Wärmeträgerrohren durchzogen sein, die im Wesentlichen durch tangential angreifende Innen- und Außenseitenwände der Druckplatte gehalten werden. Hierbei erfolgt der Wärmeübergang zwischen Druckplatte und Wärmeträgerrohre hauptsächlich durch Strahlung, so dass lediglich eine mäßige Ausnutzung einer inneren Wärme des Temperiermediums erzielbar ist. Zudem wird durch die angreifenden Seitenwände an bestimmten Orten ein zusätzlicher Wärmestrom erzeugt, wodurch eine über die Oberfläche der Druckplatte erzeugbare Wärmeverteilung inhomogener werden und schlechter kontrollierbar wird. In DE 1 224 630 U1 wird zur besseren und eher steuerbaren Wärmeverteilung ein aufwendiges System mit mehreren, unabhängigen Wärmeträgerrohren offenbart.
Ein verbesserter Wärmeübergang kann, wie beispielsweise in DE 2 461 823 U1 oder DE 6 608 840 U1 offenbart, dadurch erzielt werden, in den Körper Durchgangsbohrungen eingebracht sind, die von dem Temperiermedium durchströmt werden, so dass der Wärmeübergang von der Innenwand der Durchgangsbohrung zum Körper durch Wärmeleitung erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Temperierelement der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass es besser temperierbar ist und dass es eine verbesserte und gezielte Wärmeverteilung erlaubt.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Durchgangsbohrungen mit einem Innenprofil versehen sind. Durch das Innenprofil wird die Innenoberfläche oder Innenseitenwand der Durchgangsbohrung vergrößert, wobei die Innenoberfläche als Wärmedurchgangsfläche fungiert, durch welche Wärme zwischen Temperierelement und Temperiermedium übergeht. Damit wird zugleich das Verhältnis von Innenoberfläche zu Innenvolumen der Durchgangsbohrung vergrößert, so dass im Verhältnis zu einer einfachen, unprofilierten Durchgangsbohrung mehr Wärmedurchgangsfläche bereitgestellt werden kann und der Wärmeaustausch zwischen Temperierelement und Temperiermedium entsprechend erhöht werden kann. In einer unprofilierten Durchgangsbohrung herrschen in der Regel laminare Strömungsverhältnisse, die entsprechend der Viskosität des Temperiermediums durch eine theoretisch paraboloide Geschwindigkeitsverteilung des Temperiermediums mit einer maximalen Geschwindigkeit in der Längsachse der Durchgangsbohrung und einer Geschwindigkeit gleich Null an der Innenoberfläche der Durchgangsbohrung gekennzeichnet ist. Hierbei bildet sich an der Innenoberfläche eine Grenzschicht aus, in der ein Wärmeübergang vornehmlich durch Wärmeleitung, geringfügig durch Wärmestrahlung und nicht durch Konvektion erfolgen kann. Durch die Innenprofilierung wird die laminare Strömung gestört. Es können sich Verwirbelungen, Vermengungen oder Vermischungen sowie in bestimmten Querschnittsbereiche eine beschleunigte oder gestaute Strömung einstellen. Hierdurch können die Grenzschichten vermindert werden, so dass verstärkt Konvektion als Wärmeübergangsmechanismus auftreten kann. Somit können Partikel des Temperiermedium mit einer deutlichen Temperaturdifferenz zu Partikeln in der Grenzschicht in oder in die Nähe der Grenzschicht gelangen, wodurch die Temperaturverteilung über den Querschnitt quasi gleichmäßiger wird. Dadurch kann also der Wärmefluss zwischen Temperierelement und Temperiermedium erhöht werden. Über die Art, den Umfang und die Ausdehnung des Innenprofiles kann, wie weiter unten beschrieben wird, der Wärmefluss zwischen Temperierelement und Temperiermedium gesteuert werden.
Das Innenprofil kann eine Folge oder Kombination von im Querschnitt konkaven, konvexen und/oder geradlinigen Innenprofillinien aufweisen. Hierbei kann das Innenprofil beispielsweise einen umfänglichen, wellenförmigen oder stufigen Verlauf aufweisen, der bevorzugt regelmäßig ist. Das Innenprofil kann auch beispielsweise umfänglich angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge und/oder sich radial nach außen erstre ckende Vertiefungen aufweisen. Hierzu können die Vertiefungen und Vorsprünge umfänglich voneinander beabstandet sein oder ineinander übergehen. Die Vorsprünge und Vertiefungen können auch in einer bestimmten, bevorzugt gleichmäßigen und/oder gleich bleibenden Folge über den Umfang angeordnet sein. In seiner Längserstreckung in Richtung der Längsachse der Durchgangsbohrung kann das Profil bevorzugt geradlinig, d.h. ohne Änderungen über den Querschnitt ausgebildet sein. Um den Strömungswiderstand beim Einströmen des Temperiermediums in die Durchgangsöffnung zu vermindern, kann das Profil über einen Eingangsbereich an der Eingangsseite der Durchgangsbohrung allmählich aus einem kreisrunden Querschnitt heraus gebildet sein.
Zur Herstellung des Innenprofiles kann zunächst eine Vorbohrung mit einem Durchmesser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser des einzubringenden Innenprofiles eingebracht werden. Das Innenprofil kann anschließend durch Schleifen in die Innenoberfläche eingeschliffen werden. Hierzu können beispielsweise Schleifsteine mit einer Profilform eingesetzt, die wiederholt durch die Vorbohrung gezogen werden. Möglich ist auch die Verwendung eines Seiles, das seitlich angeordnete Profil bildende Schleif- oder Schabflächen aufweist. Hierzu können die Seilenden nach Durchführen eines Seilendes durch die Vorbohrung miteinander verbunden werden, so dass das Seil als Endlosseil durch die Vorbohrung gezogen werden kann.
In einer anderen Variante, die insbesondere für kleinere Temperierelemente geeignet erscheint, kann das Temperierelement aus zwei plattenförmigen Körpern aufgebaut sein, die über geeignete Mittel miteinander verbunden werden, wobei sie mit einer größeren Seitenfläche aneinander anliegen. Vor dem Verbinden können die Durchgangsbohrung mit dem gewünschten Innenprofil und Innenprofilverlauf durch Schleifen, Schaben und dergleichen in eine oder in beide Seitenflächen eingebracht, so dass sich mit dem Verbinden der beiden plattenförmigen Körper ein plattenförmiger Gesamtkörper mit den Durchgangsbohrungen mit dem Innen profil ergibt. Vorteilhaft einfach ist hierbei das Einbringen eines über die Länge diskontinuierlich ausgebildeten Innenprofiles.
Das Profil kann eine umfänglich regelmäßig angeordnete Innenverrippung aufweisen. Diese Innenverrippung sollte bevorzugt strahlenförmig radial nach innen verlaufen. Hierbei sollte bevorzugt die Mitte der Durchgangsbohrungen freigehalten sein. Die Innenverrippung kann nach innen erstreckende Vorsprünge mit im Querschnitt radialen und umfänglichen Seiten umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann die Innenverrippung radial nach innen erstreckende Vorsprünge mit radial nach innen zueinander geneigten Seitenflächen aufweisen. Hierbei können die zueinander geneigten Seitenflächen zu einer abgerundeten oder abgeflachten Spitze zusammenlaufen. Hierdurch bildet sich ein sternförmiges Innenprofil, welches, abhängig von dem Durchmesser der Vorsprünge und deren Beabstandung zueinander, einen besonders großen Zuwachs an Innenoberfläche ermöglicht.
Zur Verminderung eines abrasiven Verschleißes wird vorgeschlagen, dass die Vorsprünge, Vertiefungen und/oder Innenverrippung abgerundete Kanten oder Ecken aufweisen.
Vorzugsweise sind die Durchgangsbohrungen parallel zueinander beabstandet angeordnet. Ferner können die Durchgangsbohrungen in einer Ebene positioniert sein.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Temperierelementes weist das Profil einen Drall auf. Hierbei kann der Drall links- oder rechtsläufig ausgebildet sein. Durch den Drall in dem Profil wird das durch die Durchgangsbohrung durchströmende Temperiermedium in Umfangsrichtung abgelenkt, so dass das Temperiermedium in einer wendelförmigen Bahn durch die Durchgangsbohrungen durchgeleitet wird. Somit wird das Temperiermedium über den Drall in umfängliche Richtung abgelenkt und zugleich in radiale Richtung beschleunigt, so dass eine Verringerung der Grenzschicht, in der ein verminderter Wärmeübergang zwischen dem Temperiermedium und der Innenwand der Durchgangsbohrung stattfindet, erzielt werden kann.
Bei einer Weiterbildung des Temperierelementes kann der Drall einer Durchgangsbohrung gegenläufig zu dem Drall seiner benachbarten Durchgangsbohrung sein. Wird beispielsweise das Temperiermedium nach Durchlaufen einer Durchgangsbohrung unmittelbar in eine benachbarte Durchgangsbohrung umgeleitet, so bewirkt der gegenläufige Drall eine stärkere Verwirbelung und Durchmischung des Temperiermediums, wodurch zuvor mittig verlaufende Partikel des Temperiermediums in grenzschichtnahe Bereiche der Durchgangsbohrung gelangen können. Ferner können durch den gegenläufigen Drall der benachbarten Durchgangsbohrung Kräfte, die durch den Durchgang des Temperiermediums durch die vorhergehende Durchgangsbohrung erzeugt worden sind, durch den Durchgang des Temperiermediums durch die benachbarte Durchgangsbohrung mit dem gegenläufigen Drall aufgehoben werden.
Zweckmäßigerweise kann der Drall durch einen langsam laufenden Bohrer in die Wandung der Durchgangsbohrung eingeschnitten werden. Hierzu ist zweckmäßigerweise eine Vorbohrung vorzusehen, durch die der langsam laufende Bohrer läuft. Um das Innenprofil mit dem Drall tiefer in die Durchgangsbohrung, d.h. radial nach außen in die Durchgangsbohrung, einzubringen, kann der Bohrer, ähnlich einem Gewindebohrer, einen zunehmenden Außendurchmesser seiner Schneiden aufweisen. Ferner können Sukzessivbohrer mit wachsendem Außendurchmesser verwendet werden. Alternativ kann ein Bohrer mehrfach durch die Durchgangsbohrung gezogen werden, wobei sein Außendurchmesser vergrößerbar ausgebildet sein kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Temperierelementes kann in die Durchgangbohrung eine das Profil aufweisende Hülse eingebracht sein, die zum thermischen Anschluss flächig an der Innenseite der Durchgangbohrung anliegt. Hierbei kann sich die Hülse über die gesamte Länge der Durchgangsbohrung erstrecken.
Bevorzugt kann die Hülse aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Hierbei wird besonders Kupfer als Werkstoff bevorzugt. Das Profil der Hülse kann durch Ziehen über einen Stopfen hergestellt sein.
Bevorzugt ist die Hülse in einer Querpressverbindung in der Durchgangsbohrung angeordnet. Hierbei liegt die Hülse unter elastischer Verspannung gegen die Innenoberfläche der Durchgangsbohrung an. Der Außendurchmesser der Hülse sollte hierbei gegenüber dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung ein bestimmtes Übermaß aufweisen. Zum Einbringen der Hülse in die Durchgangsbohrung kann die Hülse zuvor tiefgekühlt und/oder der Körper des Temperierelementes erwärmt worden sein. Zweckmäßigerweise unmittelbar anschließend, wird die Hülse in die Durchgangsöffnung eingebracht, in der sie sich unter gleichzeitigem radialem Zusammenziehen der Durchgangsbohrung ausdehnt und mit ihrem Außenmantel unter elastischer Verspannung fest an der Innenoberfläche der Durchgangsbohrung anliegt.
Der Körper des Temperierelementes kann als planparallele Platte ausgebildet sein. In dieser Ausbildungsform ist das Temperierelement für Pressen gut geeignet. Um jedoch für Walzen einsetzbar zu sein, kann der Körper um eine Biegeachse parallel zu den Durchgangsbohrungen gebogen sein. Hierzu kann der Körper einen konstanten Biegeradius aufweisen. Der Körper kann in einer anderen Ausführungsform auch als dickwandige Hülse ausgebildet sein, in der Wandung die Durchgangsbohrungen in Längsrichtung der Hülse eingebracht sind. Der Biegeradius bzw. der Innendurchmesser der Hülse sollte hierbei auf die Walzengeometrien abgestimmt sein.
Das Profil kann sich über die gesamte axiale Länge der Durchgangsbohrung erstrecken. In einer anderen Ausbildungsform kann sich das Profil lediglich über einen oder mehrere Abschnitte der Durchgangsbohrung erstrecken. Vorzugsweise befindet sich der Abschnitt des Profils in einem in Strömungsrichtung hinte ren Bereich der Durchgangsbohrung. In einer derartigen Ausführungsform des Temperierelementes kann ein Wärmeaustausch zwischen Temperierelement und Temperiermedium im in Strömungsrichtung vorderen Bereich vornehmlich im Grenzschichtbereich erfolgen. Durch die anschließende Verwirbelung im in Strömungsrichtung hinteren Bereich gelangen noch heiße (oder kalte) Partikel des Temperiermediums aus dem Mittenbereich der Durchgangsbohrung in Grenzschichtnähe und steigert dadurch den möglichen Wärmeaustausch oder Wärmefluss zwischen Temperierelement und Temperiermedium. Geht mit der Profilierung zugleich eine Querschnittsvergrößerung der Durchgangsbohrung einher, so verlangsamt sich die Strömung durch die Durchgangsbohrung, wodurch wegen der örtlichen längeren Verweilzeit des Temperiermedium der mögliche Wärmeaustausch erhöht werden kann. Vorzugsweise ist ein Übergangsbereich zwischen unprofiliertem Abschnitt und vollständig profiliertem Abschnitt vorgesehen, indem der Übergang fließend erfolgt. Hierbei kann z.B. eine allmähliche partielle radiale Erweiterung und/oder Verengung des Querschnittes vorgesehen sein. Dabei kann eine in Strömungsrichtung nacheinander einsetzende radiale Erweiterung und/oder Verengung des Querschnittes der Durchgangsbohrung erfolgen. Vorzugsweise kann sich der Übergangsbereich auch über die gesamte Länge der Durchgangsbohrung erstrecken. Hierdurch setzt die Verwirbelung des Temperiermediums über die Länge der Durchgangsbohrung allmählich ein.
Ist die Durchgangsbohrung mit einer bereits oben beschriebenen, das Innenprofil aufweisenden Hülse versehen, so kann, um einen oder mehrere Abschnitt mit oder ohne und/oder verschiedenen Profilformen zu erhalten, die Hülse aus mehreren Teilabschnitten aufgebaut ist, wobei mindestens ein Teilabschnitt ein Innenprofil aufweist. Die Teilabschnitte können vor ihrem Einbringen in die Durchgangsöffnung bereits miteinander verbunden sein oder einzeln in die Durchgangsöffnung eingebracht werden. Die Teilabschnitte können auch in einer zusätzlichen, alle Teilabschnitte umfassende Hülse an geordnet sein. Ist der Innendurchmesser des unprofilierten Teilabschnittes etwa gleich dem Innendurchmesser des Innenprofiles, so tritt beim Übergang vom unprofilierten Teilabschnitt zum profiliertem Teilabschnitt gleichzeitig eine Querschnittsverkleinerung auf, die eine Stauung des Temperiermediums im Übergang und eine Beschleunigung des Temperiermediums im profilierten Teilabschnitt bewirken kann. Eine umgekehrte Wirkung ist zu erwarten, wenn der Innendurchmesser des unprofilierten Teilabschnittes etwa gleich dem Außendurchmesser des Profiles. Beide Effekte lassen sich zur Steuerung des Wärmeflusses zwischen Temperierelement und Temperiermedium nutzen.
In der Praxis kann es, beispielsweise bei Pressen mit heizbarem Press- oder Walzspalt, insbesondere an parallel zur Bearbeitungsrichtung verlaufenden, äußeren Rändern infolge von erhöhten Wärmeverlusten an die Umgebung und an das an den Rändern ebenfalls leicht erkaltende Pressgut leicht zu einer unerwünschten Temperaturdifferenz zwischen der Mitte des Temperierelementes und seines Randbereiches kommen. Von daher ist es vorteilhaft, in den Randbereichen des Temperierelementes einen erhöhten Wärmfluss zwischen Temperierelement und Temperiermedium einzustellen, der erfindungsgemäß durch das Innenprofil in der Durchgangsbohrung erzielt werden kann. Von daher kann bevorzugt ein Teilabschnitt der Hülse in dem in Durchleitungsrichtung vorderen und/oder hinteren Endabschnitt der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Gleiches gilt für eine Vorrichtung, die zum Erwärmen und/oder Kühlen eines Gutes ausgelegt ist, ohne dies zu pressen oder umzuformen.
Zur Erhöhung des Wärmeflusses zwischen Temperierelement und Temperiermedium kann in einer anderen Ausbildungsform auf der Innenoberfläche eine Wärme leitende Schicht beispielsweise galvanisch oder durch Drahtexplosion aufgebracht sein.
Die Aufgabe wird durch Bereitstellung einer Vorrichtung, insbe sondere einer Presse mit temperierbarem Walz- und/oder Pressspalt gelöst, wobei die Presse eine den Walzspalt bzw. den Pressspalt begrenzende Pressvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung zum Temperieren eines Pressgutes aufweist, das zu seiner Bearbeitung in einer Bearbeitungsrichtung durch den Walzspalt bzw. in oder durch den Pressspalt einer Presse führbar ist, wobei die Temperiervorrichtung ein Temperierelement mit Durchgangsbohrung und eine Durchleitungsvorrichtung zum Durchleiten eines Temperiermediums durch die Durchgangsbohrungen des Temperierelementes aufweist und wobei das Temperierelement erfindungsgemäß eine der Merkmalskombinationen der Ansprüche 1 bis 16 aufweist. Hierbei kann beispielsweise die Presse als kontinuierlich arbeitende Heizplattenpresse zur Herstellung von Spanplatten, Faserplatten, Kunststoffplatten und dergleichen mit Pressdruck übertragenden endlosen Stahlbändern ausgebildet sein, die um einen festen Presstisch bzw. um einen heb- und senkbaren Pressbär geführt sind. Hierbei können an der Oberseite des Presstisches und an der Unterseite des Pressbäres die erfindungsgemäßen Temperierelemente angebracht sein, die über abrollende Rollstangen auf die Stahlbänder thermisch einwirken. Anstatt als Presse kann die Vorrichtung beispielsweise auch als Kühlvorrichtung zum Abkühlen von Nahrungsmitteln, wie z.B. von Schokolade oder Pralinees, bei seiner maschinellen Bearbeitung oder Herstellung ausgebildet sein.
In einer anderen Ausbildung können die Walzen eines einen Walzspalt begrenzenden Walzenpaares erfindungsgemäße Temperierelemente aufweisen, wobei die Temperierelemente entsprechend dem Walzendurchmesser um eine Biegeachse parallel zu den Durchgangsbohrungen in einem konstanten Biegeradius gebogen sind. Hierbei können die Temperierelemente einzelne zylinderschalenförmige Elemente bilden, die zu einem Ring auf den Walzen angeordnet sind. Das Temperierelement kann in einer anderen Ausbildung durch einen hohlzylindrischen Körper gebildet werden, durch welchen die Durchgangsbohrungen in axialer Richtung angeordnet sind.
In einer Weiterbildung können die Durchgangsbohrungen zur Durchleitung des Temperiermediums einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sein. Dies ist insbesondere bei Pressen mit ebenen Pressflächen von Vorteil, wobei durch die Ansteuerung der Durchgangsbohrungen das Temperaturprofil über die Pressflächen einstellbar ist. Hierbei kann eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Temperaturverteilung angestrebt werden.
Bevorzugt sind die Durchgangsbohrungen senkrecht zur Bearbeitungsrichtung angeordnet. Dies entspricht dem üblichen Verlauf von Durchgangsbohrungen in Temperierelementen, die insbesondere in kontinuierlich arbeitenden Heißplattenpressen oder in Presswalzen mit temperierbarem Walzspalt eingesetzt werden. Hierbei verlaufen die Durchgangsbohrungen bevorzugt über die Breite der Pressfläche, wobei der Temperaturverlauf in Bearbeitungsrichtung steuerbar bzw. einstellbar ist.
In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung können die Temperierelemente so angeordnet sein, dass die Durchgangsbohrungen in Bearbeitungsrichtung angeordnet sind. Ist beispielsweise eine einzelne oder gruppenweise Ansteuerung der Durchgangsbohrung vorgesehen, so kann eine partielle Temperierung über die Breite erzielt werden. Dies ist kann zum Beispiel bei einem nur im Mittenbereich genutzten Pressspalt von Vorteil sein, indem Durchgangsbohrungen im Außenbereiche beispielsweise von einem geringeren Volumenstrom des Temperiermedium durchströmt werden, so dass der beabsichtigte Kühlungs- oder Erwärmungseffekt entsprechend geringer ist. Ferner kann es in Randbereichen eines über seine Breite genutzten Pressspaltes zu höheren Wärmeverlusten an die Umgebung oder an das Pressgut kommen, so dass auch hier eine Regelung durch nun erhöhten Volumenstrom des Temperiermediums erfolgen kann.
Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über die Pressfläche zu erzielen, kann die Durchleitungsrichtung durch eine Durchgangsbohrung entgegengesetzt zu der durch eine benachbarte Durchgangsbohrung sein. Somit werden benachbarte Durchgangsbohrungen gegenläufig von dem Temperiermedium durchströmt, so dass die Eingangsseiten zweier benachbarter Durchgangsbohrungen in etwa einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn, wie auch durch das erfindungsgemäße Profil angestrebt, eine erhöhte Wärmeausnutzung des Temperiermediums über die Länge der Durchgangsbohrung erfolgt, so dass das Temperiermedium an der Eingangsseite der Durchgangsbohrung eine wesentlich unterschiedliche Temperatur zu der der Ausgangsseite aufweist. Durch das Gegenstromverfahren sind Ausgangsseite und Eingangsseite zweier benachbarter Durchgangsbohrungen auf einer Seite des Temperierelementes angeordnet, so dass sich hierüber ein Temperaturausgleich senkrecht zur Durchgangsbohrung einstellen kann, so dass hierüber eine homogenere Wärmeverteilung über die Fläche des Temperierelementes erfolgen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Aufsicht eines Temperierelementes mit eingezeichneter Durchleitungsrichtung,
2a und 2b einen Ausschnitt II gemäß 1 mit voneinander verschiedenen Profilformen,
3 eine perspektivische Aufsicht des Temperierelementes gemäß 1 jedoch mit gegenläufigen Durchleitungsrichtungen,
4 eine Längsschnittdarstellung einer Durchleitungsbohrung des Temperierelementes gemäß 1 mit einem Profil mit Drall,
5a bis 5e eine Aufsicht auf eine Stirnseite einer Durchgangsbohrung, die jeweils ein unterschiedliches Profil mit Drall aufweist,
6 eine perspektivische Aufsicht einer Walze mit walzenförmigem Temperierelement und
7 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine Durchgangsbohrung mit einer eingebrachten mit Profil versehen Hülse.
In den 1 und 3 wird in einer perspektivischen Aufsicht ein Temperierelement zum Temperieren eines Gutes, insbesondere eines Pressgutes, das zu seiner Bearbeitung in einen Pressspalt einer Presse einführbar ist, gezeigt. Das Temperierelement 1 weist einen plattenartigen Körper 2 und in den Körper eingebrachte Durchgangsbohrungen 3 zum Durchleiten eines hier nicht weiter dargestellten Temperiermediums in einer Durchleitungsrichtung d auf. Die Durchgangsbohrungen 3 sind an eine hier nicht dargestellte Durchleitungsvorrichtung für das Temperiermedium anschließbar ausgebildet, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung entsprechender Anschlusselemente verzichtet wurde. In den 2a und 2b ist jeweils ein Ausschnitt II gemäß 1 dargestellt, der einen Ausschnitt der Stirnseite des Temperierelementes 1 mit jeweils zwei Durchgangsbohrungen 3 zeigt.
Hierbei weisen die Durchgangsbohrungen 3 jeweils ein in den 2a und 2b beispielhaft dargestelltes Innenprofil 4 auf, das in den 2a und 2b in jeweils unterschiedlicher Ausführungsform dargestellt ist und sich geradlinig über die gesamte Länge der Durchgangsbohrungen 3 erstreckt. In 2a sind drei sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 5 vorgesehen, die umfänglich und in einem Mittelpunktswinkel von 120° vonein ander beabstandet angeordnet sind. Hierbei wird durch die relativ geringe Anzahl von Vorsprüngen 5 sowie deren verhältnismäßig geringe Erstreckung nach innen eine entsprechend geringe Verwirbelung und Vermischung des Temperiermediums erzielt. In 2b sind zusätzlich zu den Vorsprüngen 5 radial nach außen sich in die Wandung des Körpers 2 erstreckende Vertiefungen 6 vorgesehen, die ebenfalls zueinander umfänglich in einem Mittelpunktswinkel von 120° und in einem Mittelpunktswinkel von 60° zu den Vorsprüngen 5 beabstandet sind. Durch diese Anordnung von Vorsprüngen 5 und Vertiefungen 6 wird, im Vergleich zu dem in 2a dargestellten Innenprofil 4, eine wesentlich stärkere Durchmischung des Temperiermediums erzielt. In beiden in 2a und 2b gezeigten Profilformen sind die Flanken oder Seitenflächen der Vorsprünge und Vertiefungen konisch zueinander geneigt ausgebildet.
4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine Durchgangsbohrung 3, die, im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Innenprofils 4, ein Innenprofil mit Vorsprüngen 5 aufweist, die wendelförmig um die Längsachse der Durchgangsbohrung 3 über die Länge der Durchgangsbohrung 3 geführt sind. Dadurch verfügt das Innenprofil 4 über einen Drall, der bezüglich der eingezeichneten Durchleitungsrichtung d als Linksdrall ausgebildet ist. Hierdurch wird das durch die Durchgangsbohrung 3 durchströmende Temperiermedium entsprechend der Drallbewegung in Umfangsrichtung abgelenkt und dadurch zugleich radial nach außen beschleunigt. Durch diese Drallbewegung des Temperiermediums wird, wie bereits zuvor näher erläutert, eine stärkere Verwirbelung und Durchmischung des Temperiermediums erzielt, wodurch der Wärmeübergang zwischen Temperiermedium und Temperierelement wesentlich verbessert wird. Vorgesehen, aber nicht explizit in den Zeichnungen gezeigt, ist, dass der Drall einer Durchgangbohrung gegenläufig zu dem Drall an seiner benachbarten Durchgangsbohrung ist. Das Innenprofil mit den wendelförmigen Vorsprüngen ist durch einen langsam laufenden Bohrer in die Wandung der Durchgangsbohrung 3 eingeschnitten.
In den 5a bis 5e werden unterschiedliche Innenprofilformen mit Vorsprüngen 5 und Vertiefungen 6 dargestellt, wobei im Gegensatz zu den in 2a und 2b gezeigten Profilformen sämtliche in den 5a bis 5e wiedergegebenen Innenprofilformen einen Drall aufweisen. Hierbei ist in den Figuren lediglich ein Ausschnitt aus den möglichen Innenprofilformen und -Arten gezeigt. Abhängig von der Anzahl und Ausbildung der Vorsprünge 5 und Vertiefungen 6 wird eine schwächere oder stärkere Durchmischung des Temperiermediums erzielt.
In 6 wird in einer perspektivischen Aufsicht eine Walze 7 mit dem Temperierelement 1 gezeigt, wobei das Temperierelement 1 eine Außenschale 8 der Walze 7 bildet. Somit ist der Körper 2 des Temperierelementes 1 um eine Biegeachse parallel zu den Durchgangsbohrungen 3 und gleich der Längsachse der Walze 7 sowie in einem konstanten Krümmungsradius gebogen. Hierbei ist ebenfalls vorgesehen, dass die Durchgangsbohrungen 3 parallel zueinander angeordnet sind und mit einem Innenprofil 4 versehen sind, das beispielhaft in verschiedenen Ausführungsformen in 2a und 2b sowie 5a bis 5e dargestellt ist.
In 7 wird ähnlich wie in 4 ein Ausschnitt aus einem Längsschnitt einer Durchgangsbohrung 3 gezeigt, wobei die Durchgangsbohrung 3 hier ebenfalls ein Innenprofil 4 mit einem Drall aufweist. Abweichend von der Darstellung in 4 weist die Durchgangsbohrung 3 eine Hülse 8 auf, in die das Innenprofil 4 eingebracht ist.
Die Hülse 8 ist aus Kupfer, einem Werkstoff hoher Leitfähigkeit, hergestellt. Die Hülse 8 ist in die Durchgangsbohrung 3 eingebracht und liegt in einer Querpressverbindung unter elastischer Verspannung an der Innenoberfläche oder Innenwand der Durchgangsbohrung 3 an. Hierzu weist die Hülse gemäß dem Verfahren zur Erzielung einer Querpressverbindung vor ihrem Einbringen in die Durchgangsbohrung 3 ein Übermaß gegenüber der Durchgangsbohrung 3 auf. Zum Einpassen der Hülse 8 in die Durchgangsbohrung 3 ist die Hülse 3 tiefgekühlt und/oder der Körper 3 des Temperierelementes 1 erwärmt, so dass beide Teile mit Spiel ineinander schiebbar sind. Durch Temperaturausgleich des Körpers 2 und der Hülse 8 wird eine Querpressverbindung erzeugt, wobei sich die Hülse 8 flächig und unter elastischer Verspannung an der Innenseite der Durchgangsbohrung 3 anlegt, so dass ein optimaler Wärmeübergang zwischen Hülse 8 und Durchgangsbohrung 3 erfolgen kann.

1: Temperierelement
2: Körper
3: Durchgangsbohrung
4: Innenprofil
5: Vorsprung
6: Vertiefung
7: Walze
8: Hülse
d: Durchleitungsrichtung

Claims

Temperierelement zum Temperieren eines Gutes, insbesondere eines Pressgutes, das zu seiner Bearbeitung in einen Walzspalt einer Walze (7) oder in einen Pressspalt einer Presse einführbar ist, wobei das Temperierelement (1) einen plattenartigen Körper und in den Körper (2) eingebrachte Durchgangsbohrungen (3) zum Durchleiten eines Temperiermediums aufweist und die Durchgangsbohrungen (3) an eine Durchleitungsvorrichtung für das Temperiermedium anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (3) mit einem Innenprofil (4) versehen sind.
Temperierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil (4) umfänglich angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge (5) und/oder sich radial nach außen erstreckende Vertiefungen (6) aufweist.
Temperierelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil (4) eine umfänglich regelmäßig angeordnete Innenverrippung aufweist.
Temperierelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverrippung radial nach innen erstreckende Vorsprünge (5) mit rechtwinkligem Querschnitt umfasst.
Temperierelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverrippung radial nach innen erstreckende Vorsprünge (5) mit radial nach innen zueinander geneigten Seitenflächen aufweist.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) und/oder die Vertiefungen (6) abgerundete Kanten aufweisen.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (3) parallel zueinander beabstandet angeordnet sind.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil (4) einen Drall aufweist.
Temperierelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drall einer Durchgangsbohrung (3) gegenläufig zu dem Drall seiner benachbarten Durchgangsbohrung (3) ist.
Temperierelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drall durch einen langsam laufenden Bohrer in die Wandung der Durchgangsbohrung (3) eingeschnitten ist.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Durchgangs bohrung (3) eine das Innenprofil (4) aufweisende Hülse (8) eingebracht ist, die zum thermischen Anschluss flächig an der Innenseite der Durchgangsbohrung (3) anliegt.
Temperierelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer, hergestellt ist.
Temperierelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) in einer Querpressverbindung in der Durchgangsbohrung (3) angeordnet ist.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) um eine Biegeachse parallel zu den Durchgangsbohrungen (3) gebogen ist.
Temperierelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) einen konstanten Biegeradius aufweist.
Temperierelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Innenprofil (4) über einen Abschnitt der Durchgangsbohrung (3) erstreckt.
Temperierelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil in mindestens einem der Endabschnitte der Durchgangsbohrung angeordnet ist.
Temperierelement nach Anspruch 16 oder 17, soweit auf Anspruch 11 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) aus mehreren Teilabschnitten aufgebaut ist, wobei mindestens ein Teilabschnitt ein Innenpro fil (4) aufweist.
Temperierelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilabschnitt der Hülse (8) in dem in Durchleitungsrichtung vorderen und/oder hinteren Endabschnitt der Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Vorrichtung, insbesondere Presse mit temperierbarem Walz- und/oder Pressspalt, wobei die Presse eine den Walzspalt bzw. den Pressspalt begrenzende Pressvorrichtung mit einer Temperiervorrichtung zum Temperieren eines Pressgutes aufweist, das zu seiner Bearbeitung in einer Bearbeitungsrichtung durch den Walzspalt bzw. in oder durch den Pressspalt einer Presse führbar ist, und wobei die Temperiervorrichtung ein Temperierelement (1) mit Durchgangsbohrungen (3) und eine Durchleitungsvorrichtung zum Durchleiten eines Temperiermediums durch die Durchgangsbohrungen (3) des Temperierelementes (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (1) eine der Merkmalskombinationen der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (3) zur Durchleitung des Temperiermediums einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (3) senkrecht zur Bearbeitungsrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (3) in Bearbeitungsrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchleitungs richtung durch eine Durchgangsbohrung (3) entgegengesetzt zu der durch eine benachbarte Durchgangsbohrung (3) ist.