DE102011110646B4

DE102011110646B4 - Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger

Info

Publication number: DE102011110646B4
Application number: DE201110110646
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2031-08-20
Also published as: DE102011110646A1; DE202010011642U1

Abstract

Eine Heizpatrone (3), dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizröhre (7) mindestens zwei Bahnen (13) eingearbeitet sind, in denen ein temperierter Wärmeträger geleitet wird, der die Patrone zunächst in mindestens einer Bahn (13) in Richtung entlang der Längsachse der Patrone durchströmt und dann nach einer erneuten Temperierung, auf die Zulauftemperatur der ersten Durchströmung, in mindestens einer weiteren Bahn im Gegenstromprinzip erneut durchströmt, um dadurch das Temperaturgefälle zwischen Zulauf und Ablauf der Bahnen auszugleichen und somit in der Außenröhre (11) eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft eine „Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger”.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Bauformen von Heizpatronen bekannt.
Es werden grundsätzlich zwei Bauformen unterschieden. Diese sind: elektrisch beheizte Heizpatronen und ölbeheizte Patronen. Bei elektrisch beheizten Patronen wird die Wärmeenergie durch elektrische Heizkörper in den Patronen erzeugt und an die Außenseite übertragen. Die Wärmeübertragung erfolgt durch Wärmestrahlung oder durch Wärmeübergang infolge direkten Kontakts zwischen den Heizelementen und der Außenseite. Bei beiden Arten der elektrisch beheizten Patronen wird die Gleichmäßigkeit des Wärmestroms und dadurch die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung durch die Genauigkeit der Heizelemente und deren Verteilung in radialer und axialer Richtung bestimmt. Genaue Außentemperaturen sind daher nur durch teuere Heizsysteme erreichbar. Unter anderem sind aus dem Patent DE 102 50 691 B4 ölbeheizte Heizpatronen bekannt. Diese Heizpatronen werden zum Beispiel in der Druckindustrie verwendet um Zylinder des Druckwerks zu temperieren. Ölbeheizte Heizpatronen sind Rohre, die mit heißem Öl durchströmt werden. Das Öl wird in einem externen Temperiergerät erwärmt und durch die Heizpatrone gepumpt. Diese Art der Beheizung wird häufig zum Erwärmen von Rollen in Druck- und Druckveredelungsmaschinen verwendet. Dabei tritt als zusätzliche Schwierigkeit auf, dass die sich drehende Patrone über drehbare Kupplungen an die Ölleitungen angeschlossen werden müssen. Die ölbeheizten Heizpatronen werden in axialer Richtung durchströmt. Dabei gibt der Ölstrom Wärmeenergie an die Außenwandung ab und wird dadurch abgekühlt. Es entsteht dadurch ein Temperaturgefälle zwischen der Zulauf- und Abflussseite. Dieses Temperaturgefälle wird durch große Volumenströme minimiert. Es ist daher auch bei dieser Bauform nur durch hohe Kosten ein genaues Heizsystem erreichbar. Ein weiterer Nachteil der Öl durchströmten Heizpatronen sind die hohen Energieverluste, verursacht durch das externe Heizgerät und die langen Anschlussleitungen. Ein weiterer Nachteil der ölbeheizten Patronen ist der Anschluss der rotierenden Heizpatronen an die feststehenden Anschlussleitungen. Da diese Rollen häufig in der Druckindustrie und Druckveredelung eingesetzt werden, besteht eine erhebliche Gefahr durch Verschmutzungen. Der entscheidende Nachteil beider Bauformen ist jedoch der relativ große Unterschied des Wärmestroms zur Außenwand und dadurch bedingt die relativ großen Temperaturtoleranzen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Heizpatrone anzugeben, die eine nahezu gleichmäßige Temperaturverteilung an der Außenseite aufweist und zusätzlich ein in sich geschlossenes System darstellt, um Verschmutzungen zu vermeiden und Energieverluste zu minimieren, und somit den Kundennutzen entscheidend zu verbessern und Umweltbelastungen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine mehrschichtig aufgebaute Röhre in der Außenwand durch eine spiralförmige Ölleitung im Gegenstromprinzip durchströmt wird, das Öl an beiden Enden der Patrone durch einen Durchlauferhitzer erwärmt wird und somit ein geschlossenes System bildet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer beheizten Walze mit einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger,
2 eine Ansicht im Längsschnitt einer beheizten Walze mit einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger,
3 eine perspektivische Ansicht einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger,
4 eine perspektivische Ansicht einer Heizpatrone ohne Außenröhre mit flüssigem Wärmeträger,
5 eine perspektivische Ansicht im Teilschnitt einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger,
6 eine perspektivische Ansicht im Teilschnitt einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger,
7 eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Pump- und Heizeinsatzes.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beheizten Walze mit einer Heizpatrone (3) mit flüssigem Wärmeträger. Die Heizrolle besteht aus der Mantelröhre (1) und der Lagerstelle (2). Im Innern der Heizrolle ist die Heizpatrone (3) mit flüssigem Wärmeträger. Im Lagerdeckel (2) sind Öffnungen (4) für die Luftzirkulation eingebracht. Die Öffnungen (4) sind bei einer besonders bevorzugten Variante der Heizpatrone (3) mit integriertem Antrieb notwendig. Dieser Antrieb wird in der folgenden Abbildung 2 genauer beschrieben. Die Lagerbolzen (5) der Lagerdeckel (2) haben zudem eine Bohrung (6). Diese Bohrung (6) wird zur Kabeldurchführung für die Heizpatrone verwendet. An der Außenfläche des Lagerbolzens (5) kann neben der Lagerung der Heizrolle auch eine elektrische Kontaktierung durch einen Schleifringkontakt angebracht werden.
Die 2 zeigt eine Ansicht im Längsschnitt einer beheizten Walze mit einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger. Die Ansicht zeigt die Bestandteile der Heizrolle im Schnitt. Die Heizrolle besteht in dieser bevorzugten Variante aus einer Mantelröhre (1), den Lagerdeckeln (2) und der Heizpatrone (3). Die Heizpatrone (3) besteht aus den Komponenten: Heizröhre (7), Durchlauferhitzer (8), Pumpe (9) und Antrieb (10). Die Heizröhre (7) besteht wiederum aus einer Außenröhre (11) und einem Kern (12). Am Kern (12) sind an der Außenfläche spiralförmige Bahnen (13) eingearbeitet. Zusammen mit der Außenröhre (11) der Heizpatrone (3) dienen diese Bahnen (13) dem flüssigen Wärmeträger als Leitung. Der Wärmeträger wird somit entlang der Außenwandung der Heizpatrone (3) geführt. Der Wärmeträger wird von der Pumpe (9) über flexible Leitungen (14) in den Durchlauferhitzer (8) gepumpt. Vom Durchlauferhitzer (8) strömt der Wärmeträger durch die Leitungen (14) in die Heizröhre (7). Auf dem Weg durch die Bahn (13) der Heizröhre (7) gibt der Wärmeträger Wärmeenergie an die Mantelröhre (1) ab. Es entsteht ein Temperaturgefälle entlang der Längsachse. Am Ende der Heizpatrone (3) strömt der Wärmeträger aus der Heizröhre über flexible Leitungen (14) in einen zweiten Durchlauferhitzer (8). Dort wird der Wärmeträger auf dieselbe Temperatur wie im ersten Durchlauferhitzer (8) erwärmt. Der Wärmeträger durchströmt nun die Heizröhre (7) in einer zweiten Bahn (13) in entgegengesetzter Richtung. Der Wärmeträger gibt nun wiederum Wärmeenergie an die Mantelröhre (1) ab. Es entsteht nun wiederum ein Temperaturgefälle entlang der Längsachse. Die beiden Temperaturgefälle gleichen sich zu einer konstanten Temperatur entlang der Längsachse aus. Es entsteht eine sehr geringe Temperaturdifferenz entlang der Längsachse.
Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger. Wie in der vorherigen Abbildung beschrieben, besteht die Heizröhre aus einer Außenröhre (11) und einem Kern (12). In den Bahnen (13) des Kerns (12) wird der flüssige Wärmeträger geleitet. In dieser besonders bevorzugten Bauvariante sind die beiden Teile Außenröhre (11) und Kern (12) an der Stirnseite (15) mit einer Schweißnaht verbunden. Aus diesem Grund müssen die beiden Bauteile idealerweise aus demselben Werkstoff sein.
Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Heizpatrone (3) ohne Außenröhre (11) mit flüssigem Wärmeträger. Es wird eine besonders geeignete Geometrie der Bahnen (13) als Leitung für den Wärmeträger gezeigt. Die Bahnen (13) sind spiralförmig in den Kern (12) eingearbeitet. Es sind in dieser Variante zwei Bahnen (13) für die beiden Strömungsrichtungen vorhanden. Es sind aber auch weitere Bahnen (13) denkbar. Dadurch ließe sich eine noch bessere Temperaturverteilung erreichen. Auch sind in anderen Bauvarianten gerade Bahnen entlang der Längsachse im Kern (12) vorstellbar. Diese Bahngeometrie würde eine schnellere Temperaturerhöhung ermöglichen, da eine kürzere Strecke durchströmt werden muss.
Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht im Teilschnitt einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger. Die Abbildung zeigt die Einbausituation des ersten Durchlauferhitzers (8) mit Pumpe und Antrieb (10). Der Durchlauferhitzer (8) ist idealer Weise plattenförmig. Er ist an einem Flanschabsatz am Kern (12) befestigt. Durch seine plattenförmige Geometrie ist er besonders gut geeignet, in der Heizröhre befestigt zu werden und auch für weitere Komponenten als Befestigungselement zu dienen. So lässt sich an ihm sowohl die Pumpe als auch der Antrieb befestigen. Ebenso wird durch diese Anordnung des Durchlauferhitzers die Temperaturverteilung am Außenmantel nicht beeinflusst.
Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht im Teilschnitt einer Heizpatrone mit flüssigem Wärmeträger. Diese Abbildung zeigt die Einbausituation des zweiten Durchlauferhitzers (8) in der Heizröhre (7). Es ist auch hier eine zusätzliche Pumpe und ein zusätzlicher Antrieb einbaubar.
Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Pump- und Heizeinsatzes (16). Diese Abbildung zeigt einen besonders vorteilhaften Aufbau eines Heizeinsatzes in der Heizpatrone (3). Der Heizeinsatz besteht aus Durchlauferhitzer (8), Pumpe (9) und Antrieb (10). Das Medium wird von der Pumpe (9) in den Durchlauferhitzer (8) gepumpt. Der Wärmeträger durchfließt den Durchlauferhitzer (8) und wird dabei erwärmt. Die Wärmequelle ist in einer besonders vorteilhaften Ausführung ein PTC-Heizelement (17). Es ist aber jede andere Wärmequelle denkbar. Der Wärmeträger wird anschließend über Leitungen (14) in den Außenmantel geleitet. Nach Durchströmen des Heizrohrs fließt der abgekühlte Wärmeträger zurück zur Pumpe (9). Die Pumpe wird in dieser Variante durch einen elektrischen Antrieb (10) angetrieben. Es ist aber auch denkbar, dass an Stelle des Antriebs (10) von außen eine feststehende Welle durch den Durchlauferhitzer ragt. An dieser Welle ist die Antriebswelle der Pumpe befestigt. Durch die Drehung der Heizpatrone wird die Pumpe (9) angetrieben.

Claims

Eine Heizpatrone (3), dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizröhre (7) mindestens zwei Bahnen (13) eingearbeitet sind, in denen ein temperierter Wärmeträger geleitet wird, der die Patrone zunächst in mindestens einer Bahn (13) in Richtung entlang der Längsachse der Patrone durchströmt und dann nach einer erneuten Temperierung, auf die Zulauftemperatur der ersten Durchströmung, in mindestens einer weiteren Bahn im Gegenstromprinzip erneut durchströmt, um dadurch das Temperaturgefälle zwischen Zulauf und Ablauf der Bahnen auszugleichen und somit in der Außenröhre (11) eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt.
Eine Heizpatrone (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (13) als Spiralen ausgeführt sind.
Eine Heizpatrone (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (13) parallel zur Längsachse der Patrone ausgeführt sind.
Eine Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (13) eine beliebige Form aufweisen.
Eine Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmequelle zum Temperieren des Wärmeträgers mindestens ein Durchlauferhitzer (8) ist.
Eine Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (13) der Heizröhre (7) ein geschlossenes Leitungssystem bilden.
Eine Heizpatrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle am Durchlauferhitzer (8) mindestens ein PTC-Heizelement ist.
Eine Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Wärmeträgers durch ein Kühlaggregat erfolgt.
Eine Heizpatrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger über eine innenliegende Umwälzpumpe (9) gefördert wird.
Eine Heizpatrone nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) durch einen innenliegenden Antrieb (10) angetrieben wird.
Eine Heizpatrone nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) mit einer feststehenden Welle verbunden ist und der Antrieb durch die Drehung der Heizpatrone (3) erfolgt.