DE102012206798A1

DE102012206798A1 - Induktionsheizwalzenvorrichtung

Info

Publication number: DE102012206798A1
Application number: DE102012206798A
Authority: DE
Inventors: Takatsugu KITANO; Kozo Okamoto
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: TW201247031A; KR102054518B1; CN102769949B; KR20120124043A; JP2012234715A; DE102012206798B4; TWI545992B; CN102769949A; JP5792991B2

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird bei unterdrückter Korrosion eines Walzenkörpers eine Kühlung des Walzenkörpers ermöglicht, ohne dass am Walzenkörper ein rotierender Dichtungsmechanismus vorgesehen werden muss, und ohne dass das Problem auftritt, dass flüssiges Kühlmittel im Walzenkörper verbleibt. Eine Induktionsheizwalzenvorrichtung umfasst einen Walzenkörper 2, einen Induktionsheizmechanismus 3 zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers 2, wobei der Induktionsheizmechanismus 3 innerhalb des Walzenkörpers 2 angeordnet ist, einen Kühlmechanismus 8, der zerstäubtes Kühlmittel durch einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum X leitet, wobei der Zwischenraum X zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 ausgebildet ist, und einen Flüssigkeitsableitungsmechanismus 9 zum Ableiten von flüssigem Kühlmittel, welches sich im Innern des Walzenkörpers 2 angesammelt hat, nach außen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsheizwalzenvorrichtung, und genauer gesagt, eine Induktionsheizwalzenvorrichtung mit hervorragenden Kühleigenschaften.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise wird in einem kontinuierlichen Heizprozess, um kontinuierliches Material, wie zum Beispiel Bahnen aus Plastikfilm, Papier, Tuch, Filz, synthetischen Fasern, Metallfolie und dergleichen, Geweben oder Faserstoffen usw. zu heizen, eine Induktionsheizwalzenvorrichtung verwendet, bei der ein Induktionsheizmechanismus im Innern eines rotierenden Walzenkörpers angeordnet ist, und die umlaufende bzw. zylindrische Wand des Walzenkörpers mit Induktionsstrom erwärmt wird.
In den vergangenen Jahren hat sich der Bedarf gezeigt, die notwendige Zeit für das Ändern der Erhitzungstemperatur mit dem Walzenkörper bei einer Änderung des kontinuierlichen Materials zu verkürzen. Ferner kann sich, nachdem ein Streckungsprozess abgeschlossen ist, die Bedienperson im Hinblick auf Sicherheit und Hygiene nicht vom Platz entfernen, solange die Temperatur des Walzenkörpers nicht unter eine bestimmte Temperatur gesunken ist. Es ist also nötig, den Walzenkörper in so kurzer Zeit wie möglich zu kühlen.
Des Weiteren werden Induktionsheizwalzenvorrichtungen nicht nur für das Erhitzen von kontinuierlichem Material verwendet, sondern manchmal auch für die Kühlung desselben, so dass es nötig ist, die Induktionsheizwalzenvorrichtungen mit einer Kühlfunktion zu versehen.
Um eine Induktionsheizwalzenvorrichtung mit einer Kühlfunktion zu versehen, schlägt das unten genannte Patentdokument 1 vor, einen Walzenkörper zu kühlen, indem mehrere Kühlmittelkanäle in einer umlaufenden Wand des Walzenkörpers entlang der Richtung der Mittenachse, äquidistant in Bezug auf die Umlaufrichtung vorgesehen sind, und das Kühlmittel innerhalb dieser Kühlmittelkanäle zirkuliert wird.
Um das Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle zu zirkulieren, ist es allerdings notwendig, das Kühlmittel von außen über den Walzenkörper oder einen an dessen Ende einstückig vorgesehenen Achsabschnitt (Achsflansch) zuzuführen, und da der Walzenkörper bzw. dieser Achsflansch rotierende Körper sind, ist ein rotierender Dichtungsmechanismus notwendig, wie z.B. eine Drehverbindung oder eine mechanische Dichtung. Da diese jedoch sämtlich kontaktierende Dichtungsmechanismen sind, können sie jedoch nicht das Problem vermeiden, dass Kühlmittel ausleckt, wenn die Dichtung abgenutzt wird, oder ihr thermischer oder chemischer Verfall fortschreitet. Um diese Probleme zu vermeiden, muss der rotierende Dichtungsmechanismus regelmäßig gewartet oder ausgetauscht werden. Selbstverständlich muss für eine solche Wartung bzw. einen solchen Austausch die Induktionsheizwalzenvorrichtung angehalten werden, und die Wartung bzw. der Austausch verursachen Kosten.
Andererseits ist es als Anordnung ohne einen kontaktierenden Dichtmechanismus denkbar, wie in dem unten genannten Patentdokument 2 gezeigt, dass ein Kühlmittelzuleitungsmechanismus zur Zuleitung von Kühlmittel ins Innere des Walzenkörpers und ein Kühlmitteldispersionsmechanismus zur Dispersion des vom Kühlmittelzuleitungsmechanismus zugeleiteten Kühlmittels in Tröpfchenform auf die innere Wand des Walzenkörpers vorgesehen sind, wobei der Walzenkörper gekühlt wird durch die latente Verdampfungswärme (Verdampfungswärme) wenn das dispergierte Kühlmittel durch Berührung mit der inneren Wand des Walzenkörpers in Gas übergeht. Der Kühlmitteldispersionsmechanismus weist eine Ausstoßleitung auf, die sich in axialer Richtung von einem Ende der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers zum andere erstreckt, wobei das Kühlmittel von in der Seitenwand der Ausstoßleitung vorgesehenen Ausstoßöffnungen in Tröpfchenform dispergiert wird. Mit dieser Anordnung sind der Kühlmittelzuleitungsmechanismus und der Dispersionsmechanismus in einem Teil des Induktionsheizmechanismus vorgesehen, der statisch im Innern des Walzenkörpers gehalten wird, so dass ein rotierender Dichtungsmechanismus unnötig ist, und Komplikationen aufgrund von Auslecken des Kühlmittels oder Wartung bzw. Austausch vermieden werden können.
Da jedoch das Kühlmittel direkt auf die innere umlaufende Wand des Walzenkörpers verteilt wird, können sich im Kühlmittel enthaltene Verunreinigungen oder unverdampfte Komponenten auf der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers ablagern.
Genauer gesagt, falls das Kühlmittel z.B. Wasser ist, können sich Verunreinigungen oder unverdampfte Komponenten wie z.B. Kalziumkarbonat auf der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers ablagern, und aufgrund von gelösten Chlorkomponenten kann der Walzenkörper korrodieren oder an der betreffenden Stelle Rost entstehen. Und falls das Kühlmittel z.B. organisches Öl ist, dann kann dies aufgrund der Hitze cracken und Karbid kann sich auf der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers ablagern. Weiterhin, falls das Kühlmittel eine chemisch korrodierende Komponente aufweist, dann kann die innere umlaufende Wand des Walzenkörpers, auf der das Kühlmittel verteilt ist korrodieren und die Wandstärke abnehmen.
Da ferner in dieser Anordnung die Ausstoßleitung des Kühlmitteldispersionsmechanismus das Kühlmittel durch feine Löcher verteilt, kann das Problem auftreten, dass sich im Kühlmittel enthaltene Staubteile oder dergleichen in diesen feinen Löcher anlagern und der Dispersionsmechanismus verstopft, so dass die Notwendigkeit auftreten kann, die Induktionsheizwalzenvorrichtung auseinanderzunehmen und z.B. die Ausstoßleitung auszutauschen.
Es kann ferner vorkommen, dass die Induktionsheizwalzenvorrichtung abwechselnd als Heizwalze zum Erhitzen von kontinuierlichem Material und als Kühlwalze zum Kühlen von kontinuierlichem Material verwendet wird. In diesem Fall, falls sie nach der Verwendung als Kühlwalze als Heizwalze verwendet werden soll, wird das Kühlmittel, dass sich noch in der Ausstoßleitung des Kühlmitteldispersionsmechanismus befindet, durch Wärmeleitung vom Walzenkörper erhitzt, und es besteht die Gefahr, dass es unter Umständen zum Kochen gebracht wird.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Nr. JP2000-353588A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung Nr. JP2003-269442A

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Vor diesem Hintergrund haben die Erfinder eine Vorrichtung geschaffen, bei der zerstäubtes Kühlmittel zwischen dem Walzenkörper und der Induktionsheizvorrichtung geführt wird.
Dabei wurde jedoch erkannt, dass, falls zerstäubtes Kühlmittel zwischen den Walzenkörper und der Induktionsheizvorrichtung geführt wird, das Problem auftritt, dass flüssiges Kühlmittel im Innern des Walzenkörpers verbleibt. Dabei sind solche Probleme denkbar, wie dass die Isolierung der Induktionsspule beeinträchtigt wird oder der Induktionsheizmechanismus korrodiert, wenn das verbliebene flüssige Kühlmittel mit der Induktionsspule des Induktionsheizmechanismus in Kontakt kommt.
Es ist somit eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen, und bei unterdrückter Korrosion des Walzenkörpers eine Kühlung des Walzenkörpers zu ermöglichen, ohne dass am Walzenkörper ein rotierender Dichtungsmechanismus vorgesehen werden muss, wobei vermieden wird, dass flüssiges Kühlmittel im Innern des Walzenkörpers verbleibt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Eine Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen drehbar gelagerten Walzenkörper, einen Induktionsheizmechanismus zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers, wobei der Induktionsheizmechanismus innerhalb des Walzenkörpers angeordnet ist, einen Kühlmechanismus, der zerstäubtes Kühlmittel durch einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum leitet, wobei der Zwischenraum zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist, und einen Flüssigkeitsableitungsmechanismus zum Ableiten von flüssigem Kühlmittel, welches sich im Innern des Walzenkörpers angesammelt hat, aus dem Walzenkörper.
Mit dieser Anordnung wird zerstäubtes Kühlmittel in den Walzenkörper eingeführt, so dass der Walzenkörper bzw. der Induktionsheizmechanismus mit der latenten Verdampfungswärme beim Verdampfen des zerstäubten Kühlmittels wenn dieses die innere umlaufende Wandung des Walzenkörpers berührt sowie der Eigenwärme beim Temperaturanstieg des zerstäubten Kühlmittels im Zwischenraum und der latenten Wärme beim Verdampfen gekühlt werden kann. Da zerstäubtes Kühlmittel verwendet wird, kann die Menge des Kühlmittels, welches mit dem Walzenkörper in Kontakt kommt, verringert werden, und Korrosion der Innenwand des Walzenkörpers und Ablagerungen von Verunreinigungen und dergleichen können vermieden werden. Und weil sich im Innern des Walzenkörpers ansammelndes flüssiges Kühlmittel abgeleitet wird, kann das Problem gelöst werden, dass die Isolierung beeinträchtigt wird oder der Induktionsheizmechanismus korrodiert, wenn das im Walzenkörper verbliebene flüssige Kühlmittel mit der Induktionsspule des Induktionsheizmechanismus in Kontakt kommt.
Es ist vorteilhaft, wenn der Flüssigkeitsableitungsmechanismus ein Flüssigkeitsableitungsrohr mit einer Ansaugöffnung, die im unteren Bereich des Zwischenraums angeordnet ist, und das aus dem Walzenkörper heraus führt, und eine Ansaugpumpe, die außerhalb des Walzenkörpers im Flüssigkeitsableitungsrohr angeordnet ist und das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt, aufweist. Somit kann das im Innern des Walzenkörpers angesammelte flüssige Kühlmittel mit Hilfe der außerhalb des Walzenkörpers vorgesehene Absaugpumpe abgeleitet werden, und die Anordnung im Innern des Walzenkörpers kann vereinfacht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ansaugpumpe das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt, während zerstäubtes Kühlmittel mit Hilfe des Kühlmechanismus durch den Zwischenraum geleitet wird.
Es ist vorteilhaft, wenn der Flüssigkeitsableitungsmechanismus einen Flüssigkeitsstandsensor aufweist, der den Flüssigkeitsstand des im Zwischenraum verbliebenen flüssigen Kühlmittels erfasst, und die Ansaugpumpe das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt, falls ein mit dem Flüssigkeitsstandsensor erhaltenes Sensorsignal anzeigt, dass der Flüssigkeitsstand des flüssigen Kühlwasser mindestens einen vorbestimmten Pegel erreicht hat.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Mit der oben angegebenen Erfindung wird ein Walzenkörper gekühlt, indem einem im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum, der zwischen dem Walzenkörper und einem Induktionsheizmechanismus gebildet ist, zerstäubtes Kühlmittel zugeführt wird, so dass eine Kühlung des Walzenkörpers bei unterdrückter Korrosion des Walzenkörpers ermöglicht wird, ohne dass am Walzenkörper ein rotierender Dichtungsmechanismus vorgesehen werden muss und.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt die Anordnung eines Flüssigkeitsableitungsrohrs und eines Temperatursensors in dieser Ausführungsform.
3 zeigt eine Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsheizwalzenvorrichtung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert.
Eine Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform kann in einem kontinuierlichen Heizprozess verwendet werden, um kontinuierliches Material, wie zum Beispiel Bahnen aus Plastikfilm, Papier, Tuch, Filz, synthetischen Fasern, Metallfolie und dergleichen, Gewebe oder Faserstoffe usw. zu erhitzen.
Genauer gesagt, umfasst die Induktionsheizwalzenvorrichtung 100, wie in 1 dargestellt, einen drehbar gelagerten, hohlzylindrischen Walzenkörper 2, sowie einen Induktionsheizmechanismus 3, der innerhalb des Walzenkörpers 2 angeordnet ist.
An beiden Enden der Walzenkörpers 2 ist je ein Achsflansch 41 mit Hilfe eines Dichtungselements S1, wie z.B. einem O-Ring, befestigt. Durch dieses Dichtungselement S1 wird verhindert, dass das weiter unten beschriebene, zerstäubte oder flüssige Kühlmittel nach außen leckt. Jeder Achsflansch 41 ist einstückig mit einer hohlen Antriebswelle 42 gebildet, und diese Antriebswellen 42 sind mit Lagern 51, z.B. Kugellagern, drehbar an einem Gehäuse 52 (bzw. Ständer oder Gestell) gelagert. Der Walzenkörper 2 ist derart eingerichtet, dass er durch die Antriebskraft gedreht wird, die ihm von Außen durch einen Rotationsantriebsmechanismus (nicht dargestellt), wie z.B. einem Motor oder dergleichen, zugeführt wird.
Der Induktionsheizmechanismus 3 umfasst einen kreiszylindrischen Eisenkern 31, der einen Kreiszylinder bildet, sowie eine Induktionsspule 32, die um die äußere umlaufende bzw. zylindrische Fläche des zylindrischen Eisenkerns 31 gewickelt ist. Je eine Lagerachse 6 ist an jedem der beiden Enden des zylindrischen Eisenkerns 31 befestigt. Diese Lagerachsen 6 sind jeweils ins Innere der Antriebswellen 42 eingeführt, und über ein Lager 7, wie z.B. ein Kugellager, an der jeweiligen Antriebswelle 42 drehbar gelagert. Dadurch wird der Induktionsheizmechanismus 3 im Inneren des rotierenden Walzenkörpers 2 im Ruhezustand bzw. Stillstand in Bezug auf den Walzenkörper 2 gehalten. Die Induktionsspule 32 ist mit einer Führungsleitung L2 verbunden, welche wiederum mit einer Wechselstromquelle V zum Anlegen einer Wechselspannung verbunden ist. Es sollte beachtet werden, dass zwischen der äußeren Oberfläche der Lagerachse 6 und der inneren Oberfläche der Antriebswelle 42 ein Dichtungsmechanismus S2, z.B. eine Öldichtung oder eine Labyrinthdichtung, vorgesehen ist, so dass das zerstäubte Kühlmittel nicht nach außen lecken kann.
Durch diesen Induktionsheizmechanismus 3 wird ein alternierender Magnetfluss erzeugt, wenn an die Induktionsspule 32 eine Wechselspannung angelegt wird, und dieser alternierende Magnetfluss fließt durch die umlaufende Seitenwand 21 des Walzenkörpers 2. Durch diesen Fluss wird im Walzenkörper 2 ein Strom induziert, und dieser Induktionsstrom erzeugt wiederum im Walzenkörper 2 Joulesche Wärme.
Die Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform umfasst ferner einen Kühlmechanismus 8 zum Kühlen des Walzenkörpers 2 und des Induktionsheizmechanismus 3, sowie einen Flüssigkeitsableitungsmechanismus 9 zum Ableiten von flüssigem Kühlmittel, welches sich im Walzenkörper 2 angesammelt hat.
Wie in 1 dargestellt, kühlt dieser Kühlmechanismus 8 den Walzenkörper 2 und den Induktionsheizmechanismus 3, indem ein zerstäubtes Kühlmittel von einem Ende in axialer Richtung eines im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraums X zwischen dem Walzenkörper 2 und den Induktionsheizmechanismus 3 eingeführt wird, und das Kühlmittel vom anderen Ende in axialer Richtung des Zwischenraums X aus dem Walzenkörper 2 nach außen herausgelassen bzw. herausgeleitet wird. Dabei ist die axiale Richtung die in der Papierebene horizontale Richtung, wie in 1 durch die Pfeile angedeutet.
Genauer gesagt umfasst der Kühlmechanismus 8 eine Zerstäubungsvorrichtung 81 zur Erzeugung von zerstäubtem Kühlmittel, eine Pressluftversorgungsschaltung 82 zur Versorgung der Zerstäubungsvorrichtung 81 mit Pressluft, eine Kühlmittelversorgungsschaltung 83 zur Versorgung der Zerstäubungsvorrichtung 81 mit Wasser, welches als Kühlmittel dient, einen Kühlmittelzuleitungskanal 84 zur Zuleitung von zerstäubtem Kühlmittel aus der Zerstäubungsvorrichtung 81 von einem axialen Ende des Zwischenraumes X, und einen Kühlmittelableitungskanal 85 zur Ableitung bzw. Abführung des durch den Zwischenraum X geführten Kühlmittels vom anderen axialen Ende nach außen. Der Zwischenraum X ist luftdicht und besteht hauptsächlich aus einem im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum X1, der durch die innere umlaufende Wandung des Walzenkörpers 2 und die äußere umlaufende Wandung des Induktionsheizmechanismus 3 gebildet ist, sowie im Wesentlichen ringförmigen Zwischenräumen X2, welche jeweils aus der inneren Wandung des an dem jeweiligen Ende des Walzenkörpers 2 vorgesehenen Achsflansches 41 und der axialen Endwandung des Induktionsheizmechanismus 3 gebildet sind.
Die Zerstäubungsvorrichtung 81 erzeugt zerstäubtes (sprühnebelförmiges) Kühlmittel durch die Mischung von Pressluft aus der Pressluftversorgungsschaltung 82 und Wasser aus der Kühlmittelversorgungsschaltung 83. Das zerstäubte Kühlmittel hat unmittelbar nach dem Zerstäuben einen derartigen Partikeldurchmesser, dass es nicht verdampft, wobei der Partikeldurchmesser derart ist, dass es beim Transport mit Luft nicht durch die Schwerkraft herab fällt oder durch Zusammenstoß mit den Wandungen im geknickten Abschnitt des Kanals verflüssigt. Genauer gesagt kann der Partikeldurchmesser im Bereich von 30 bis 100 μm liegen.
Die Pressluftversorgungsschaltung 82 umfasst eine Pressluftquelle 821, eine Pressluftleitung 822, die an ihrem einem Ende mit der Pressluftquelle 821 verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit der Zerstäubungsvorrichtung 81 verbunden ist, sowie ein Ein/Aus-Ventil bzw. Zweipunktventil 823, das in der Pressluftleitung 822 vorgesehen ist und die Zufuhr von Pressluft zur Zerstäubungsvorrichtung 81 zulässt oder sperrt.
Die Kühlmittelversorgungsschaltung 83 umfasst einen Wassertank 831, eine Kühlmittelleitung 832, die an ihrem einem Ende mit dem Wassertank 831 verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit der Zerstäubungsvorrichtung 81 verbunden ist, ein in der Kühlmittelleitung 832 vorgesehenes Durchflussregelungsventil 833 zur Regelung der Durchflussmenge von Kühlmittel, welches der Zerstäubungsvorrichtung 81 zugeführt wird, sowie ein Ein/Aus-Ventil 834, das stromabwärts vom Durchflussregelungsventil 833 vorgesehen ist und die Zufuhr von Kühlmittel zur Zerstäubungsvorrichtung 81 zulässt oder sperrt.
Eine Steuereinheit C zur Steuerung der an die Induktionsspule 32 angelegte Spannung empfängt ein Sensorsignal von einem in der umlaufenden Wandung des Walzenkörpers 2 eingelassenen Temperatursensor 2T. Das die Wandtemperatur des Walzenkörpers 2 anzeigende Temperatursignal wird über einen Verstärker A von dem in der Kühlmittelleitung 832 vorgesehenen Durchflussregelungsventil 833 als Stromsignal erfasst, wodurch die Durchflussmenge des Kühlmittels eingestellt wird. Somit wird eine Anordnung geschaffen, mit welcher die Versorgungsmenge von zerstäubtem Kühlmittel in Abhängigkeit von der Temperatur der umlaufenden Wand des Walzenkörpers 2 stufenlos eingestellt werden kann, und die Kühlmittelgeschwindigkeit sowie die Kühlfunktion des Walzenkörpers 2 auf einfache Weise eingestellt werden kann. Dabei wird das Sensorsignal vom Temperatursensor 2T über einen Drehtransformator 10 an die Steuereinheit C ausgegeben.
Der Kühlmittelzuleitungskanal 84 umfasst ein Rohr 84T, das im Innern der Lagerachse 6 auf der anderen Seite des Induktionsheizmechanismus 3 (im Folgenden wird diese Lagerachse mit „6B“ gekennzeichnet) vorgesehen ist, sowie eine Bohrung, die im zylindrischen Eisenkern 31 und in der Lagerachse 6 am einen Ende (im Folgenden wird diese Lagerachse mit „6A“ gekennzeichnet) vorgesehen ist. Genauer gesagt, erstreckt sich der Kühlmittelzuleitungskanal 84 von der Lagerachse 6B auf der anderen Seite durch das Innere des Induktionsheizmechanismus 3 bis zum Fußende der Lagerachse 6A, und durch die Durchgangslöcher 61H im Fußende der Lagerachse 6A sind die Öffnungen auf der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelzuleitungskanals 84 mit dem axialen Ende des Zwischenraumes X verbunden. Eine Ausstoßöffnung 81s der Zerstäubungsvorrichtung 81 ist im Rohr 84T außerhalb der Lagerwelle 6B so angebracht, dass sie ins Innere des Rohr 84T weist. Somit ist sie an einer solchen Position vorgesehen, dass die Zerstäubungsvorrichtung 81 im Falle einer Verstopfung oder anderer Probleme einfach von der Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gelöst bzw. abgenommen werden kann. Dabei sind das Rohr 84T und die Zerstäubungsvorrichtung 81 über einen Dichtungsmechanismus (nicht in den Figuren dargestellt) lösbar miteinander verbunden.
Der Kühlmittelzuleitungskanal 84 steht über mehrere Durchgangslöcher 61H im Fußabschnitt der Lagerachse 6A (Ende auf Seiten des Induktionsheizmechanismus 3) in Verbindung mit dem Zwischenraum X. Diese Durchgangslöcher 61H bilden stromabwärtige Öffnungen des Kühlmittelzuleitungskanals 84. Die Durchgangslöcher 61H sind an einem axialen Ende des Zwischenraums X (in der vorliegenden Ausführungsform am Zwischenraum X2) angeordnet, und in radialer Richtung äquidistant in der Lagerachse 6A ausgebildet.
Der Kühlmittelableitungskanal 85 umfasst ein Kühlmittelableitungsrohr 85T, das entlang der Innenseite der Lagerachse 6 gebildet ist, die am anderen Ende des Induktionsheizmechanismus 3 angeordnet ist. Dieses Kühlmittelableitungsrohr 85T ist in einen Hohlraum eingeführt, der entlang der Mittenachse innerhalb der Lagerachse 6B gebildet ist, und mündet am Fußende der Lagerachse 6B (dem Ende auf der Seite des Induktionsheizmechanismus 3) in den Zwischenraum X, wobei diese Öffnung eine stromaufwärtige Öffnung des Kühlmittelableitungskanals 85 bildet. Diese stromaufwärtige Öffnung ist am anderen axialen Ende des Zwischenraums X (in der vorliegenden Ausführungsform als Zwischenraum X2 bezeichnet) vorgesehen. Es sollte beachtet werden, dass auch die mit der Induktionsspule 32 verbundene Führungsleitung L2 innerhalb dieses Hohlraums 62 der Lagerachse 6B angeordnet ist.
Ferner ist in dem Kühlmittelableitungsrohr 85T außerhalb der Lagerachse 6B eine Druckentlastungsvorrichtung 86 zur Verminderung des Drucks im Zwischenraum X vorgesehen. Diese Druckentlastungsvorrichtung 86 vermindert den Druck innerhalb des Zwischenraums X, indem sie die Luft auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Kühlmittelableitungsrohrs 85T ansaugt und nach außen herausleitet. Hierdurch wird der Druck im Zwischenraum X vermindert, das in den Zwischenraum X eingeführte zerstäubte Kühlmittel kann einfacher verdampft werden, der Walzkörper 2 kann einfacher gekühlt werden, und das in Gas umgewandelte Kühlmittel kondensiert nicht so leicht an der inneren umlaufenden Wandung des Walzenkörpers 2 oder auf dem Induktionsheizmechanismus 3. Ferner ist die Druckentlastungsvorrichtung 86 derart eingerichtet, dass das zerstäubte Kühlmittel mit einer vorbestimmten Flussgeschwindigkeit durch den Zwischenraum X fließt. Genauer gesagt kann dadurch, dass die Flussgeschwindigkeit des zerstäubten Kühlmittels im Zwischenraum X auf mindestens 0.3 m/s gesetzt wird, eine hohe Wärmeleitfähigkeit erreicht werden und die Kühleffizienz des Walzenkörpers kann erheblich gesteigert werden.
Da zerstäubtes Kühlmittel wie oben beschrieben in den Zwischenraum zugeführt wird, werden die Oberflächen, die den Zwischenraum X bilden, genauer gesagt die innere umlaufende Oberfläche des Walzenkörpers 2, die innere Oberfläche des Achsflansches 41 und die äußere umlaufende Oberfläche der Lagerachse 6 einem Rostschutzprozess unterzogen. Um elektrische Störungen aufgrund des Kühlmittels zu verhindern, ist auf nahezu der gesamten äußeren umlaufenden Oberfläche des Induktionsheizmechanismus 3 ein wasserabweisender Film F vorgesehen. Dieser wasserabweisende Film F ist notwendig, falls Kondensation aufgrund des Verhältnisses zwischen der Taupunkttemperatur, die von der Zerstäubungsdichte bzw. Nebeldichte innerhalb des Walzenkörpers 2 abhängt, und dem Induktionsheizmechanismus 3 im Kühlbetrieb Anlass zur Sorge gibt. Falls jedoch die Temperatur des Induktionsheizmechanismus 3 stets größer oder gleich der Taupunkttemperatur ist, dann kann auf den wasserabweisenden Film F auch verzichtet werden.
Im Folgenden wird der Flüssigkeitsableitungsmechanismus 9 erläutert.
Der Flüssigkeitsableitungsmechanismus 9 leitet flüssiges Kühlmittel, welches innerhalb des Walzenkörpers 2 verblieben ist (im Folgenden als „Restwasser“ bezeichnet), aus dem Walzenkörper 2 nach außen. Der Flüssigkeitsableitungsmechanismus 9 umfasst ein Flüssigkeitsableitungsrohr 91 um das flüssige Kühlmittel abzuleiten, eine Ansaugpumpe 92, die im Flüssigkeitsableitungsrohr 91 vorgesehen ist, einen Flüssigkeitsstandsensor 93, der den Flüssigkeitsstand des flüssigen Kühlmittels im Walzenkörper 2 erfasst, und eine Pumpensteuerung 94, die die Ansaugpumpe 92 in Abhängigkeit von Sensorsignalen vom Flüssigkeitsstandsensor 93 steuert.
Das Flüssigkeitsableitungsrohr 91 hat eine Ansaugöffnung 91a als vordere Öffnung im unteren Bereich des Zwischenraums X, und erstreckt sich bis außerhalb des Walzenkörpers 2. Genauer gesagt ist das Flüssigkeitsableitungsrohr 91 wie in 1 dargestellt von der einen Lagerachse 6A bis ins Innere des axialen Endes des Zwischenraums X (Zwischenraum X2 in der vorliegenden Ausführungsform) geführt, und seine Ansaugöffnung 91a ist, wie in 2 dargestellt, im untersten Bereich des Zwischenraums X angeordnet. Dabei ist es in diesem untersten Bereich zwischen dem unteren Ende der äußeren umlaufenden Wand des Induktionsheizmechanismus 3 und dem unteren Ende der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers 2 angeordnet. Ferner ist das Flüssigkeitsableitungsrohr 91, wie in 1 dargestellt, durch die eine Lagerachse 6A und das Innere des zylindrischen Eisenkerns 31 sowie die andere Lagerachse 6B geführt, und erstreckt sich bis außerhalb des Walzenkörpers 2.
Die Ansaugpumpe 92 ist im Flüssigkeitsableitungsrohr 91 außerhalb des Walzenkörpers 2 vorgesehen und saugt das Restwasser durch die Ansaugöffnung 91a an. Dabei wird die Ansaugpumpe 92 durch die unten beschriebene Pumpensteuerung 94 gesteuert.
Der Flüssigkeitsstandsensor 93 ist von der anderen Lagerachse 6B in das andere axiale Ende des Zwischenraums X (Zwischenraum X2 in der vorliegenden Ausführungsform) eingeführt, und ist am untersten Rand des Zwischenraums X angeordnet, wie in 2 dargestellt. Der Flüssigkeitsstandsensor 93 erfasst den Flüssigkeitsstand des Restwassers am untersten Rand zwischen dem unteren Ende der äußeren umlaufenden Wand des Induktionsheizmechanismus 3 und dem unteren Ende der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers 2. Genauer gesagt erfasst der Flüssigkeitsstandsensor 93 den Flüssigkeitsstand des Restwassers im Inneren des Walzenkörpers 2 bei einer Höhe, bei der das Restwasser nicht die Induktionsspule 32 des Induktionsheizmechanismus 3 berührt. Es sollte beachtet werden, dass als Flüssigkeitsstandsensor 93 z.B. ein Schwimmersensor, ein Ultraschallsensor, ein kapazitiver Sensor, ein optischer Sensor oder ein Drucksensor verwendet werden kann.
Die Pumpensteuerung 94 umfasst beispielsweise eine Relaisschaltung, und falls das Sensorsignal vom Flüssigkeitsstandsensor 93 anzeigt, dass der Flüssigkeitsstand des Restwassers im Innern des Walzenkörpers 2 mindestens einen vorbestimmten Maximalwert erreicht hat, dann gibt die Pumpensteuerung 94 ein Einschaltsignal an die Ansaugpumpe 92 aus und schaltet die Ansaugpumpe 92 ein. Dabei ist dieser vorbestimmte Maximalwert ein Flüssigkeitspegel, der so eingestellt ist, dass das Restwasser nicht die Induktionsspule 32 des Induktionsheizmechanismus 3 berührt. Es ist möglich, dass die Steuerung 94 die Ansaugpumpe 92 einschaltet und die Ansaugpumpe 92 nach einer bestimmten Zeit wieder anhält, oder dass die Steuerung 94 die Ansaugpumpe 92 wieder anhält, wenn das mit dem Flüssigkeitsstandsensor 93 erhaltene Sensorsignal unter einen vorbestimmten Minimalwert fällt. Dabei kann dieser vorbestimmte Minimalwert beispielsweise ein Pegel sein, bei dem im Wesentlichen kein Restwasser mehr im Walzenkörper vorhanden ist.
Effekt der Ausführungsform
Mit der Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, den Walzenkörper 2 und den Induktionsheizmechanismus 3 mit der latenten Verdampfungswärme beim Verdampfen des zerstäubten Kühlmittels wenn dieses die innere umlaufende Wandung des Walzenkörpers 2 berührt sowie der Eigenwärme beim Temperaturanstieg des zerstäubten Kühlmittels im Walzenkörper 2 und der latenten Wärme beim Verdampfen zu kühlen, indem das zerstäubte Kühlwasser in den Walzenkörper 2 eingebracht wird. Dadurch, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraums X zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 eingeführt wird, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums X aus dem Walzenkörper 2 nach außen herausgeleitet wird, kann der gesamte Zwischenraum X von dem zerstäubten Kühlmittel durchtreten werden. Und da zerstäubtes Kühlmittel verwendet wird, kann die Menge des Kühlmittels, welches mit dem Walzenkörper 2 in Kontakt kommt, verringert werden, und Korrosion der Innenwand des Walzenkörpers 2 und Ablagerungen von Verunreinigungen und dergleichen können vermieden werden.
Ferner wird die Ansaugpumpe eingeschaltet wenn mit dem Flüssigkeitssensor 93 ein vorbestimmter Maximalwert erfasst wird, und das verbliebene flüssige Kühlwasser im Innern des Walzenkörpers 2 wird heraus geleitet, so dass das Problem gelöst werden kann, dass sich flüssiges Kühlmittel im Inneren des Walzenkörpers 2 ansammelt, und das flüssige Kühlmittel die Induktionsspule 32 des Induktionsheizmechanismus 3 berührt und die Isolation beeinträchtigt.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel wird in der oben beschriebenen Ausführungsform mit einem Flüssigkeitsstandsensor der Flüssigkeitsstand des verbliebenen flüssigen Kühlmittels erfasst und somit die Einschaltzeit der Ansaugpumpe gesteuert, es ist jedoch auch eine Anordnung möglich, bei der kein Flüssigkeitssensor verwendet wird, wie in 3 dargestellt. Das heißt, es ist zum Beispiel auch möglich, dass das flüssige Kühlmittel stets von der Ansaugöffnung 91a des Flüssigkeitsableitungsrohrs 91 angesaugt wird während vom Kühlmechanismus 8 zerstäubtes Kühlmittel in den Zwischenraum 8 geschickt wird. Somit kann die Anordnung des Flüssigkeitssensors ausgespart werden. Ferner kann somit bestmöglich vermieden werden, dass das flüssige Kühlmittel mit der Induktionsspule in Kontakt kommt, da das flüssige Kühlmittel stets abgeleitet wird.
Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführungsform im Hinblick auf den Platz für die Anordnung die Ansaugöffnung 91a des Flüssigkeitsableitungsrohrs 91 im Zwischenraum X2 an dem einen axialen Ende und der Flüssigkeitsstandsensor 93 ist im Zwischenraum X2 am anderen axialen Ende angeordnet, sie können jedoch auch im selben Zwischenraum X2 angeordnet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, dass die Erfindung auf eine beidseitig gelagerte Induktionsheizwalzenvorrichtung angewendet wird, sie kann jedoch auch auf eine einseitig gelagerte bzw. freitragende Induktionsheizwalzenvorrichtung angewendet werden.
Darüber hinaus ist in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen, dass das zerstäubte Kühlmittel dem Zwischenraum zugeführt wird, es ist jedoch auch ein Anordnung möglich, bei der eine Leitung innerhalb des Induktionsheizmechanismus vorgesehen ist, und der Induktionsheizmechanismus bevorzugt gekühlt wird, indem das zerstäubte Kühlmittel durch diese Leitung geführt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die Leistungsfähigkeit des Eisenkerns oder der Leitungen, die die Induktionsspule bilden, abnimmt.
Weiterhin ist in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt wird und vom anderen axialen Ende herausgeleitet wird, es ist jedoch auch möglich, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt wird und vom selben axialen Ende herausgeleitet wird.
Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf die oben beschreibene Ausführungsform beschränkt, sondern kann selbstverständlich auf vielfältige Weise modifiziert werden.
Bezugszeichenliste

100: Induktionsheizwalzenvorrichtung
2: Walzenkörper
3: Induktionsheizmechanismus
X: Zwischenraum
8: Kühlmechanismus
9: Flüssigkeitsableitungsmechanismus
91: Flüssigkeitableitungsrohr
91a: Ansaugöffnung
92: Ansaugpumpe
93: Flüssigkeitsstandsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-353588 A [0012]
JP 2003-269442 A [0012]

Claims

Induktionsheizwalzenvorrichtung, aufweisend: einen drehbar gelagerten Walzenkörper; einen Induktionsheizmechanismus zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers, wobei der Induktionsheizmechanismus innerhalb des Walzenkörpers angeordnet ist; einen Kühlmechanismus, der zerstäubtes Kühlmittel durch einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum leitet, wobei der Zwischenraum zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist; und einen Flüssigkeitsableitungsmechanismus zum Ableiten von flüssigem Kühlmittel, welches sich im Innern des Walzenkörpers angesammelt hat, aus dem Walzenkörper.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitsableitungsmechanismus Folgendes aufweist: ein Flüssigkeitsableitungsrohr mit einer Ansaugöffnung, die im unteren Bereich des Zwischenraums angeordnet ist, und das aus dem Walzenkörper heraus führt; und eine Ansaugpumpe, die außerhalb des Walzenkörpers im Flüssigkeitsableitungsrohr angeordnet ist und das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ansaugpumpe das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt, während zerstäubtes Kühlmittel mit Hilfe des Kühlmechanismus durch den Zwischenraum geleitet wird.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Flüssigkeitsableitungsmechanismus einen Flüssigkeitsstandsensor aufweist, der den Flüssigkeitsstand des im Zwischenraum verbliebenen flüssigen Kühlmittels erfasst, und die Ansaugpumpe das flüssige Kühlmittel von der Ansaugöffnung ansaugt, falls ein mit dem Flüssigkeitsstandsensor erhaltenes Sensorsignal anzeigt, dass der Flüssigkeitsstand des flüssigen Kühlwassers mindestens einen vorbestimmten Pegel erreicht hat.