DE102020116749B3 - Heating roller for a preheating cabinet and its production, preheating cabinet and this comprehensive system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Heizwalze (1) zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn (20), einen Vorwärmschrank (10) mit einer solchen Heizwalze, eine Anlage (100) mit einem solchen Vorwärmschrank sowie ein Verfahren (200) zur Herstellung einer solchen Heizwalze, die ein kreiszylindrisches Mantelrohr (2) aus wärmeleitendem Material, vorzugsweise Metall, und mindestens eine elektrische Heizmatte (3), die auf einer Innenseite (21) des Mantelrohres in Kontakt zum Mantelrohr angeordnet ist, umfasst, wobei auf einer nicht dem Mantelrohr zugewandten Innenseite (31) der Heizmatte eine Wärmeisolationsschicht (4) angeordnet ist und im Inneren des Mantelrohres eine Spreizvorrichtung (5) auf einer Innenseite (41) der Wärmeisolationsschicht angeordnet ist, die eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte ausübt, sodass eine dem Mantelrohr zugewandte Außenseite (32) der mindestens einen Heizmatte dauerhaft gegen die Innenseite des Mantelrohres gedrückt wird.The invention relates to a heating roller (1) for providing a desired surface temperature for controlling the temperature of a material web (20) rotating around the heating roller, a preheating cabinet (10) with such a heating roller, a system (100) with such a preheating cabinet and a method (200) for the production of such a heating roller, which comprises a circular cylindrical casing tube (2) made of thermally conductive material, preferably metal, and at least one electrical heating mat (3) which is arranged on an inside (21) of the casing tube in contact with the casing tube, with one a thermal insulation layer (4) is arranged on the inside (31) of the heating mat not facing the jacket tube and a spreading device (5) is arranged on an inside (41) of the heat insulation layer inside the jacket tube, which exerts a pre-tension on the heating mat via the heat insulation layer, so that an outer side (32) of the at least one heating mat facing the jacket tube te is pressed permanently against the inside of the jacket pipe.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn mit mindestens einer Heizmatte, einer Spreizeinrichtung und einer Wärmeisolationsschicht. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Vorwärmschrank mit einer solchen Heizwalze, eine Anlage mit einem solchen Vorwärmschrank sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizwalze.The invention relates to a heating roller for providing a desired surface temperature for controlling the temperature of a material web rotating around the heating roller with at least one heating mat, a spreading device and a thermal insulation layer. The invention further relates to a preheating cabinet with such a heating roller, a system with such a preheating cabinet and a method for producing such a heating roller.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Beheizte Walzen werden in den unterschiedlichsten Prozessen zur Vor- und Nachbehandlung von Materialien verwendet, die beispielsweise als Materialbahn um diese Walzen umlaufen und entsprechend mit der Walzentemperatur prozessiert, erwärmt oder gegebenenfalls auf die Walzentemperatur abgekühlt werden.Heated rollers are used in a wide variety of processes for the pre- and post-treatment of materials that, for example, revolve around these rollers as a material web and are processed, heated or, if necessary, cooled to the roller temperature according to the roller temperature.
Für einen Thermoformprozess im Rahmen der Kunststoffverarbeitung müssen beispielsweise die zu verarbeitenden Kunststofffolien vor dem eigentlichen Thermoformvorgang gleichmäßig auf eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 110° bis 130°C) vorgewärmt werden. Diese Vorwärmung geschieht üblicherweise in sogenannten Vorwärmschränken, wie beispielsweise in
Hierbei wäre es wünschenswert, wenn die Wärmeübertragung von den Heizwalzen auf die Kunststofffolie möglichst gleichmäßig erfolgt.
Die
Zum Beheizen der Heizwalzen können beispielsweise Thermoöle, elektrische Heizpatronen oder Heizmatten in den Heizwalzen verwendet werden. Eine gleichmäßige Erwärmung der Heizwalze entlang ihrer Breite und entlang ihres Umfangs ist für eine homogene Temperierung der Materialbahn, beispielsweise eine möglichst homogene Erwärmung einer Kunststofffolie für einen nachfolgenden Thermoformprozess, wichtig, gerade für Thermoformprozesse und der daraus entstehenden Produkte. Die Verwendung von Heizmatten führt bereits im Vergleich zu einer Heizung der Heizwalzen mittels Heizpatronen zu einer verbesserten Homogenität der Temperatur auf der Oberfläche der Heizwalzen. Allerdings kann sich der Wärmekontakt zwischen Heizmatte und dem zu temperierenden Walzenmaterial aufgrund von thermischer Ausdehnung im laufenden Betrieb verschlechtern, sodass die Heizwalzen bei sich möglicherweise einstellender ungenügender Abgabe ihrer Heizenergie an die Heizwalzenoberfläche selbst beschädigt werden, sodass die Lebensdauer der Heizmatten in den Heizwalzen begrenzt ist.For example, thermal oils, electric heating cartridges or heating mats can be used in the heating rollers to heat the heating rollers. Uniform heating of the heating roller along its width and along its circumference is important for homogeneous temperature control of the material web, for example as homogeneous heating of a plastic film as possible for a subsequent thermoforming process, especially for thermoforming processes and the products resulting from them. The use of heating mats already leads to an improved homogeneity of the temperature on the surface of the heating rollers compared to heating the heating rollers by means of heating cartridges. However, the thermal contact between the heating mat and the roller material to be tempered can deteriorate due to thermal expansion during operation, so that the heating rollers are damaged in the event of insufficient heat transfer to the heating roller surface itself, so that the service life of the heating mats in the heating rollers is limited.
Es wäre daher wünschenswert, Heizwalzen für Vorwärmschränke, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung zu stellen, die möglichst homogen beheizt werden können und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.It would therefore be desirable to provide heating rollers for preheating cabinets, in particular for plastics processing machines, which can be heated as homogeneously as possible and whose heating means have a long service life.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Heizwalze für Vorwärmschränke, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung zu stellen, die möglichst homogen beheizt werden kann und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzt.It is therefore an object of the invention to provide a heating roller for preheating cabinets, in particular for plastics processing machines, which can be heated as homogeneously as possible and the heating means of which has a long service life.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn, wobei die Heizwalze ein kreiszylindrisches Mantelrohr aus wärmeleitendem Material, vorzugsweise Metall, und mindestens eine elektrische Heizmatte, die auf einer Innenseite des Mantelrohres in Kontakt zum Mantelrohr angeordnet ist, umfasst, wobei auf einer nicht dem Mantelrohr zugewandten Innenseite der Heizmatte eine Wärmeisolationsschicht angeordnet ist und im Inneren des Mantelrohres eine Spreizvorrichtung auf einer Innenseite der Wärmeisolationsschicht angeordnet ist, die eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte ausübt, sodass eine dem Mantelrohr zugewandte Außenseite der mindestens einen Heizmatte dauerhaft gegen die Innenseite des Mantelrohres gedrückt wird.This object is achieved by a heating roller for providing a desired surface temperature for controlling the temperature of a material web circulating around the heating roller, the heating roller being a circular cylindrical casing tube made of thermally conductive material, preferably metal, and at least one electrical heating mat that is in contact with the casing tube on the inside of the casing tube is arranged, comprises, wherein a heat insulation layer is arranged on an inside of the heating mat not facing the jacket tube and a spreading device is arranged on an inside of the jacket tube on an inside of the heat insulation layer, which a preload over the Heat insulation layer exerts on the heating mat, so that an outer side of the at least one heating mat facing the jacket pipe is pressed permanently against the inside of the jacket pipe.
Der Begriff „Materialbahn“ bezeichnet ein flächenmäßiges, beispielsweise von einer Rolle bereitgestelltes Material zum Umlaufen der Heizwalze. Das Material kann dabei jedes für einen Umlauf um eine Rolle in einem Verarbeitungsprozess geeignete Material sein. Beispielsweise ist das Material eine Kunststofffolie, die als Kunststoffbahn von einer mit der Kunststoffbahn bewickelten Rolle bereitgestellt wird und um die Heizwalze umläuft. Die Kunststofffolie kann je nach Prozess aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialen bestehen.The term “material web” denotes a two-dimensional material, for example provided by a roll, for rotating around the heating roller. The material can be any material suitable for revolving around a roll in a manufacturing process. For example, the material is a plastic film which is provided as a plastic web from a roll wound with the plastic web and which rotates around the heating roller. The plastic film can consist of different plastic materials depending on the process.
Eine Heizwalze stellt eine gewünschte Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn bereit. Hierbei kann je nach Temperatur der umlaufenden Materialbahn diese von der Heizwalze erwärmt oder gekühlt werden. Der Begriff „Heizwalze“ bezieht sich hierbei darauf, dass die Oberflächentemperatur der Heizwalze im Betrieb oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Bei noch wärmeren Materialbahnen können diese von der Heizwalze gekühlt werden, bei Materialbahnen kühler als die Heizwalze werden diese von der Heizwalze erwärmt. Die Temperierung der Materialbahn erfolgt dabei mittels Wärmeübertrag durch Kontakt der Materialbahn mit der Oberfläche der Heizwalze beim Umlauf um die Heizwalze. Eine große Kontaktfläche der Materialbahn mit der Heizwalze ermöglicht einen effektiveren Wärmeübertrag, sodass vorzugsweise die Materialbahn auf mindestens der halben Mantelfläche der Heizwalze aufliegt.A heating roller provides a desired surface temperature for controlling the temperature of a material web rotating around the heating roller. Here, depending on the temperature of the circulating material web, it can be heated or cooled by the heating roller. The term “heating roller” here refers to the fact that the surface temperature of the heating roller is above the ambient temperature during operation. In the case of even warmer material webs, these can be cooled by the heating roller; in the case of material webs that are cooler than the heating roller, they are heated by the heating roller. The temperature of the material web takes place by means of heat transfer through contact of the material web with the surface of the heating roller while rotating around the heating roller. A large contact surface of the material web with the heating roller enables a more effective heat transfer, so that the material web preferably rests on at least half the surface area of the heating roller.
Das Mantelrohr der Heizwalze ist dafür aus einem möglichst gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Metall, bevorzugt Stahl, gefertigt. Da bei breiteren Materialbahnen größeren Kräfte auf die Heizwalze ausgeübt werden, ist die Materialstärke des Mantelrohres entsprechend angepasst.For this purpose, the jacket tube of the heating roller is made of a material that conducts heat as well as possible, for example metal, preferably steel. Since greater forces are exerted on the heating roller in the case of wider material webs, the material thickness of the jacket pipe is adapted accordingly.
Elektrische Heizmatten haben gegenüber anderen Heizmitteln den Vorteil, dass sie die erzeugte Wärme flächenförmig auf die Heizwalze übertragen können. Allerdings hängt die Güte des Wärmeübertags von der Güte des mechanischen Kontakts der Heizmatte(n) mit der Innenseite des Mantelrohrs ab. Bei lediglich an dem Mantelrohr befestigten Heizmatten ohne weitere innerhalb des Mantelrohres angebrachten Vorrichtungen variiert die Güte des Wärmekontakts lokal stark, sodass einerseits die Oberflächentemperatur der Heizwalze sowohl entlang des Umfangs als auch über deren Breite variiert und andererseits die in der Heizmatte überall erzeugte Wärmeenergie nicht gleichmäßig an die Heizwalze abfließen kann, sodass es zu starken lokalen Überhitzungen der Heizmatte(n) kommen kann, was zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Heizmatte(n) führen kann. Daher ist ein genau definierter und über die Betriebsdauer möglichst stabil zu haltender Wärmekontakt zwischen Heizmatte(n) und Mantelrohr der Heizwalze notwendig. Hierbei ergab sich überraschend, dass nicht alleine eine Verspannung der gewöhnlichen Heizmatte(n) für einen gleichmäßigen und langdauernd ausreichend guten Wärmeübertrag ausreicht, sondern eine Wärmeisolationsschicht auf der Innenseite der Heizmatte angeordnet sein sollte, um einerseits die Heizleistung der Heizmatte im Wesentlichen in Richtung des Mantelrohres abzugeben und zusätzlich durch den Betrieb verursachte zeitlich und räumlich lokal variierende Kühleffekte auf der Innenseite der Heizwalze nicht an die Heizmatte(n) weiterzugeben, was die Homogenität der Oberflächentemperatur der Heizwalze weiter verbessert. Außerdem wird über die Wärmeisolationsschicht die Vorspannung, erzeugt durch die Spreizvorrichtung, vergleichmäßigt auf die Heizmatte(n) übertragen, was einen hinreichend gleichmäßigen Wärmekontakt der Heizmatte(n) über die Innenseite des Mantelrohres der Heizwalze ermöglicht. Auf diese Weise wird die Heizwalze von innen homogen beheizt und eine lange Lebensdauer der Heizmatte(n) durch Vermeidung lokaler Überhitzungen aufgrund ungenügendem Wärmekontakt zum Mantelrohr ermöglicht.Electric heating mats have the advantage over other heating means that they can transfer the generated heat to the heating roller over a large area. However, the quality of the heat transfer depends on the quality of the mechanical contact between the heating mat (s) and the inside of the jacket pipe. In the case of heating mats only attached to the jacket tube without any other devices attached inside the jacket tube, the quality of the thermal contact varies greatly locally, so that on the one hand the surface temperature of the heating roller varies both along the circumference and across its width and, on the other hand, the thermal energy generated everywhere in the heating mat does not increase uniformly the heating roller can flow off, so that strong local overheating of the heating mat (s) can occur, which can lead to damage or even destruction of the heating mat (s). Therefore, a precisely defined thermal contact between the heating mat (s) and the jacket tube of the heating roller, which must be kept as stable as possible over the operating period, is necessary. Surprisingly, it was found that not just tensioning the conventional heating mat (s) is sufficient for a uniform and long-term sufficiently good heat transfer, but that a thermal insulation layer should be arranged on the inside of the heating mat in order, on the one hand, to increase the heating power of the heating mat essentially in the direction of the jacket pipe and not to pass them on to the heating mat (s) on the inside of the heating roller (s) which are caused by the operation and which also locally vary in terms of time and space, which further improves the homogeneity of the surface temperature of the heating roller. In addition, the bias voltage generated by the spreading device is evenly transferred to the heating mat (s) via the thermal insulation layer, which enables a sufficiently uniform thermal contact of the heating mat (s) via the inside of the jacket tube of the heating roller. In this way, the heating roller is heated homogeneously from the inside and a long service life of the heating mat (s) is made possible by avoiding local overheating due to insufficient thermal contact with the jacket pipe.
Somit wird eine Heizwalze für Vorwärmschränke, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung gestellt, die möglichst homogen beheizt werden kann und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzt.Thus, a heating roller for preheating cabinets, in particular for plastics processing machines, is made available, which can be heated as homogeneously as possible and the heating means of which has a long service life.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein können.It should be expressly pointed out that in the context of the present patent application, indefinite articles and figures such as "one", "two" etc. should generally be understood as "at least" information, i.e. as "at least one ...", "At least two ..." etc., unless it is explicitly stated in the respective context or it is obvious or technically imperative for a person skilled in the art that only "exactly one ...", "exactly two ..." etc. can be meant.
In einer Ausführungsform überdeckt die Wärmeisolationsschicht die Innenseite der Heizmatte vollständig. Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die Wärme der Heizmatte nicht oder nur geringfügig über die dem Mantelrohr abgewandten Seite der Heizwalze abfließen kann, sodass die durch die Heizmatte erzeugte Wärme möglichst homogen dem Mantelrohr zugeführt werden kann. Wären dagegen bestimmte Bereiche der Heizmatte nicht von der Wärmeisolationsschicht überdeckt, könnte der Wärmeabfluss dort zu ungewollt großen Temperatur-Inhomogenitäten auf der Außenfläche der Heizwalze führen.In one embodiment, the thermal insulation layer completely covers the inside of the heating mat. This ensures, among other things, that the heat from the heating mat cannot flow away, or only slightly, via the side of the heating roller facing away from the jacket tube, so that the heat generated by the heating mat can be supplied to the jacket tube as homogeneously as possible. If, on the other hand, certain areas of the heating mat were not covered by the thermal insulation layer, the heat flow there could lead to undesirably large temperature inhomogeneities on the outer surface of the heating roller.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht dauerhaft mit der Heizmatte verbunden. Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die Isolationswirkung der Wärmeisolationsschicht auf der Heizmatte möglichst homogen für die gesamte Heizmatte ist. Außerdem wird dadurch zusätzlich die Montage der Heizwalze erleichtert, da so ein gemeinsames Teil anstelle von zwei unabhängigen Teile eingebaut werden kann.In a further embodiment, the thermal insulation layer is permanently connected to the heating mat. This ensures, among other things, that the insulating effect of the thermal insulation layer on the heating mat is as homogeneous as possible for the entire heating mat. In addition, the assembly of the heating roller is also made easier because a common part can be installed instead of two independent parts.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht mit ihrer der Heizmatte zugewandten Außenseite auf die Heizmatte vulkanisiert. Auf diese Weise wird die Wärmeisolationsschicht besonders zuverlässig dauerhaft mit der Heizmatte verbunden, was zu einer langlebigen homogenen Isolationswirkung der Wärmeisolationsschicht auf der Heizmatte führt.In a further embodiment, the heat insulation layer is vulcanized onto the heating mat with its outside facing the heating mat. In this way, the thermal insulation layer is permanently connected to the heating mat in a particularly reliable manner, which leads to a long-lasting, homogeneous insulation effect of the thermal insulation layer on the heating mat.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht eine Schaumschicht, vorzugsweise eine Silikonschaumschicht. Solche Schichten lassen sich leicht und mit flexibler Form herstellen und stellen eine gute Isolationswirkung bereit.In a further embodiment, the heat insulation layer is a foam layer, preferably a silicone foam layer. Such layers can be produced easily and with a flexible shape and provide a good insulating effect.
In einer Ausführungsform besitzen die Wärmeisolationsschicht und die Heizmatte jeweils eine Dicke in radialer Richtung des Mantelrohres, wobei die Dicke der Wärmeisolationsschicht mindestens die Dicke der Heizmatte beträgt, vorzugsweise bis zu einem Faktor 1,5 dicker als die Heizmatte ist, besonders bevorzugt um mehr als einen Faktor 1,5 dicker als die Dicke der Heizmatte ist. Beispielsweise kann die Heizmatte 3 mm und die Wärmeisolationsschicht, beispielsweise eine Silikonschaumschicht, 5 mm dick sein. Die Wärmeisolationsschicht kann hier aber auch 3 mm oder 8 mm betragen.In one embodiment, the thermal insulation layer and the heating mat each have a thickness in the radial direction of the jacket tube, the thickness of the thermal insulation layer being at least the thickness of the heating mat, preferably up to a factor of 1.5 thicker than the heating mat, particularly preferably by more than one Factor 1.5 thicker than the thickness of the heating mat. For example, the heating mat can be 3 mm thick and the thermal insulation layer, for example a silicone foam layer, 5 mm thick. The heat insulation layer can also be 3 mm or 8 mm here.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Heizmatte entlang ihrer Dicke eine Mitte, wobei zumindest ein Teil der Heizdrähte in der Heizmatte jenseits der Mitte in Richtung des Mantelrohres angeordnet sind. Damit kann unter anderem der Wärmeübertrag von der Heizmatte auf das Mantelrohr verbessert werden. Vorzugsweise sind alle Heizdrähte jenseits der Mitte in der Heizmatte verlegt. Die Heizdrähte können hierbei eine Heizdrahtschicht bilden.In a further embodiment, the heating mat has a center along its thickness, with at least some of the heating wires in the heating mat being arranged beyond the center in the direction of the jacket tube. Among other things, this can improve the heat transfer from the heating mat to the jacket pipe. All heating wires are preferably laid beyond the middle in the heating mat. The heating wires can form a heating wire layer.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spreizvorrichtung zylinderförmig geformt, vorzugsweise als rundgebogenes Blech, und liegt mit ihrer Außenseite vollflächig auf der Wärmeisolationsschicht auf. Durch diese vollflächige Auflage wird unter anderem ein gleichmäßiger Druck über die gesamte Spreizvorrichtung auf die Wärmeisolationsschicht ausgeübt, sodass der Wärmekontakt der Heizmatte zum zu erwärmenden Mantelrohr noch weiter vergleichmäßigt wird.In a further embodiment, the spreading device has a cylindrical shape, preferably as a round bent sheet metal, and its outer side rests over the entire surface on the thermal insulation layer. As a result of this full-surface contact, a uniform pressure is exerted on the thermal insulation layer over the entire spreading device, so that the thermal contact between the heating mat and the jacket pipe to be heated is even more evened out.
In einer weiteren Ausführungsform sind auf die Außenseite der Spreizvorrichtung ein oder mehrere Vertiefungen zumindest teilweise umlaufend um die Außenseite in Ausrichtung senkrecht zur Mittelachse des Mantelrohres angeordnet. Diese Vertiefungen versteifen die Spreizvorrichtung zusätzlich, wodurch unter anderem der Auflagedruck weiter vergleichmäßigt wird. Solche Spreizvorrichtungen können dann mit gleichbleibenden Eigenschaften mit einer größeren Länge bereitgestellt werden. Vorzugsweise sind dabei die Vertiefungen umlaufende Schlitze oder Sicken in der Außenseite der Spreizvorrichtung. Als Sicken werden hierbei rinnenförmige Vertiefungen verstanden, die der Versteifung von dünnwandigen Bauteilen, hier der Spreizvorrichtung, gegenüber Verformung oder Schwingung dienen.In a further embodiment, one or more depressions are arranged on the outside of the spreading device at least partially circumferentially around the outside in an alignment perpendicular to the central axis of the casing tube. These depressions additionally stiffen the spreading device, which among other things further even out the contact pressure. Such spreading devices can then be provided with constant properties with a greater length. The recesses are preferably circumferential slots or beads in the outside of the spreading device. As corrugations are understood here channel-shaped depressions that serve to stiffen thin-walled components, here the spreading device, against deformation or vibration.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spreizvorrichtung eine erste Spreizeinrichtung mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in radialer Spreizrichtung und eine zweite Spreizeinrichtung mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in tangentialer Spreizrichtung. Durch die Entkopplung der Spreizwirkung in eine radiale und eine tangentiale Spreizwirkung kann die Heizmatte definierter und wesentlich gleichmäßiger gegen das Mantelrohr der Heizwalze gedrückt werden. Hierbei kann die tangentiale und radiale Spreizung genauer auf die Gegebenheiten der Heizwalze angepasst werden.In a further embodiment, the spreading device comprises a first spreading device with a spreading effect against the thermal insulation layer in the radial spreading direction and a second spreading device with a spreading effect against the thermal insulation layer in the tangential spreading direction. By decoupling the spreading effect into a radial and a tangential spreading effect, the heating mat can be pressed in a more defined and significantly more uniform manner against the jacket tube of the heating roller. Here, the tangential and radial spread can be adapted more precisely to the conditions of the heating roller.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Spreizeinrichtung dazu ein radiales Spreizmittel, das nur entlang einer einzigen radialen Spreizrichtung zwischen den gegenüberliegenden Innenseiten der Wärmeisolationsschicht durch eine Mittelachse des kreiszylindrischen Mantelrohres hindurch angeordnet ist. Durch die Spreizrichtung entlang nur einer einzigen radialen Spreizrichtung erstreckt sich die Wirkung der simultan ausgeübten tangentialen Spreizung über die gesamte Halbschale der Spreizvorrichtung. Dadurch kann die tangentiale Spreizung homogen auf den gesamten Bereich der Spreizvorrichtung zwischen den radialen Spreizmitteln und damit auf den gesamten Bereich der Wärmeisolationsschicht ausgeübt werden. Würde stattdessen eine radiale Spreizung in einer zusätzlichen zweiten radialen Spreizrichtung auf die Spreizvorrichtung ausgeübt (beispielsweise in Form einer Anordnung sich kreuzender Speichen), so könnte die tangentiale Spreizwirkung nur unvollständig oder gegebenenfalls gar nicht in dem Bereich auf der umlaufenden Spreizvorrichtung zwischen erstem und zweitem radialen Spreizelement ausgeübt werden, also in dem Bereich, der beispielsweise zwischen zwei Auflagepunkten unterschiedlich ausgerichteter Stützelemente, die in einem Winkel im Umlaufrichtung gesehen zueinander ausgerichtet sind, liegt. Gerade die Anordnung mit einem ersten Spreizelement in einer einzigen radialen Spreizrichtung werden sehr gute Andruckverhältnisse der Heizmatte an das Mantelrohr der Heizwalze erreicht.In a further embodiment, the first spreading device comprises a radial spreading means, which is arranged only along a single radial spreading direction between the opposite inner sides of the thermal insulation layer through a central axis of the circular cylindrical casing tube. Due to the spreading direction along only a single radial spreading direction, the effect of the simultaneously exerted tangential spreading extends over the entire half-shell of the spreading device. As a result, the tangential expansion can be exerted homogeneously on the entire area of the expansion device between the radial expansion means and thus on the entire area of the thermal insulation layer. If, instead, a radial spreading were exerted on the spreading device in an additional, second radial spreading direction (for example in the form of an arrangement of intersecting spokes), the tangential spreading effect could only be incomplete or possibly not at all in the area on the circumferential spreading device between the first and second radial spreading element are exercised, that is, in the area that lies, for example, between two support points of differently oriented support elements that are oriented to one another at an angle in the circumferential direction. Especially the arrangement with a first expansion element in a single radial expansion direction are very good Pressure ratios of the heating mat on the jacket tube of the heating roller reached.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das radiale Spreizmittel eine oder mehrere Stützelemente, die jeweils parallel zur einzigen radialen Spreizrichtung entlang einer Heizwalzenlänge angeordnet sind. Damit können beispielsweise leichte Unebenheiten des Mantelrohres ausgeglichen werden. Als Heizwalzenlänge wird die Entfernung zwischen den Stirnseiten des Mantelrohres bezeichnet.In a further embodiment, the radial expansion means comprises one or more support elements which are each arranged parallel to the single radial expansion direction along a heating roller length. In this way, for example, slight unevenness of the jacket pipe can be compensated for. The distance between the end faces of the jacket pipe is referred to as the length of the heating roller.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Stützelemente in Form von Rohren mit gleichen Abständen zueinander von einer Stirnseite des Mantelrohres zur anderen Stirnseite des Mantelrohres angeordnet. Dies ermöglicht eine Vergleichmäßigung der radialen Spreizwirkung über die Heizwalzenlänge.In a further embodiment, the support elements are arranged in the form of tubes at equal distances from one another from one end face of the casing tube to the other end face of the casing tube. This enables the radial expansion effect to be made more uniform over the length of the heating roller.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Spreizmittel in radialer Richtung längenverstellbar ausgeführt. Dies erleichtert unter anderem die Montage der Spreizvorrichtung in der Heizwalze und ermöglich eine individuelle lokale Anpassung de radialen Spreizwirkung.In a further embodiment, the first expansion means is designed to be adjustable in length in the radial direction. Among other things, this facilitates the installation of the spreading device in the heating roller and enables an individual local adjustment of the radial spreading effect.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite Spreizeinrichtung ein tangentiales Spreizmittel, über das die Spreizvorrichtung auf der Innenseite der Wärmeisolationsschicht aufliegt, um diese in tangentialer Spreizrichtung zu spreizen. Das Spreizmittel ermöglicht es, eine tangentiale Spreizwirkung so einzustellen, dass ein möglichst homogener Druck auf die Heizmatte ausgeübt wird.In a further embodiment, the second spreading device comprises a tangential spreading means, via which the spreading device rests on the inside of the thermal insulation layer in order to spread it in the tangential spreading direction. The expansion means makes it possible to set a tangential expansion effect in such a way that the most homogeneous pressure possible is exerted on the heating mat.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das tangentiale Spreizmittel zwei gegenüberliegende Stützelemente, vorzugsweise Winkelprofile, die mit ein oder mehreren gegenseitigen distanzvariablen Verbindungen miteinander verbunden sind, mit deren Verstellung die gegenüberliegenden Stützelemente in tangentialer Spreizrichtung aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden können. Dadurch kann unter anderem die tangentiale Spreizwirkung präzise und sehr fein eingestellt werden. Außerdem ist eine solche zweite Spreizeinrichtung leicht handhabbar.In a further embodiment, the tangential expansion means comprises two opposing support elements, preferably angular profiles, which are connected to one another with one or more mutual variable-distance connections, with the adjustment of which the opposing support elements can be moved towards or away from each other in the tangential expansion direction. This allows, among other things, the tangential spreading effect to be set precisely and very finely. In addition, such a second spreading device is easy to handle.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spreizvorrichtung so gestaltet, dass die radialen und tangentialen Spreizwirkungen unabhängig voneinander einstellbar sind. Dies ist durch die voranstehend beschriebenen ersten und zweiten Spreizeinrichtungen möglich.In a further embodiment, the spreading device is designed in such a way that the radial and tangential spreading effects can be set independently of one another. This is possible with the first and second spreading devices described above.
In einer weiteren Ausführungsform werden elektrische Anschlüsse der mindestens einen elektrischen Heizmatte zwischen dem tangentialen Spreizmittel zur elektrischen Versorgung der Heizmatte aus der Wärmeisolationsschicht heraus- oder durch sie hindurch in einen Innenbereich des Mantelrohres geführt. Von hier können die elektrischen Anschlüsse beispielsweise über die erste Spreizeinrichtung zur Achse des Mantelrohes und aus diesem herausgeführt werden. Das tangentiale Spreizmittel bietet eine Lücke in der umlaufenden Spreizvorrichtung zum Innenvolumen des Mantelrohres hin, die für die Führung der elektrischen Anschüsse verwendet werden kann. In einer weiteren Ausführungsform werden elektrische Anschlüsse der Heizmatte dann durch die Spreizvorrichtung in Richtung eines Stromversorgers der Heizmatte weitergeführt werden.In a further embodiment, electrical connections of the at least one electrical heating mat between the tangential expansion means for the electrical supply of the heating mat are guided out of the thermal insulation layer or through it into an inner region of the jacket tube. From here, the electrical connections can be routed to and out of the axis of the jacket tube, for example via the first spreading device. The tangential expansion means offers a gap in the circumferential expansion device towards the inner volume of the jacket tube, which can be used for guiding the electrical connections. In a further embodiment, electrical connections of the heating mat are then continued through the spreading device in the direction of a power supplier for the heating mat.
In einer weiteren Ausführungsform sind innerhalb des Mantelrohres zwei Heizmatten jeweils in Form von Halbzylindern auf der Innenseite des Mantelrohres angeordnet. Dadurch lassen sich unter anderem die Heizmatten leicht montieren und decken dennoch die gesamte Innenfläche des Mantelrohres für eine möglichst homogene Erwärmung ab.In a further embodiment, two heating mats are arranged inside the jacket tube, each in the form of half cylinders on the inside of the jacket tube. Among other things, this makes it easy to assemble the heating mats and still cover the entire inner surface of the jacket pipe for the most homogeneous heating possible.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mantelrohr zumindest eine Tiefenbohrung parallel zur Außenseite des Mantelrohres, in der ein oder mehrere Temperatursensoren zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur an der Außenseite des Mantelrohres angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann einerseits die Oberflächentemperatur des Mantelrohres präzise bestimmt werden und entsprechend die Heizleistung der Heizmatte(n) so gesteuert werden, dass die gewünschte Oberflächentemperatur erreicht bzw. gehalten wird. Bei mehreren Temperatursensoren kann direkt gemessen werden, ob eine ausreichende Homogenität der Oberflächentemperatur entlang der Heizwalzenbreite vorliegt. In anderen Ausführungsformen können auch mehrere Tiefenbohrungen an verschiedenen Stellen des Mantelrohres vorhanden sein.In a further embodiment, the jacket tube comprises at least one deep hole parallel to the outside of the jacket tube, in which one or more temperature sensors for determining a surface temperature are arranged on the outside of the jacket tube. With this arrangement, on the one hand, the surface temperature of the jacket pipe can be precisely determined and the heating power of the heating mat (s) can be controlled accordingly so that the desired surface temperature is reached or maintained. If there are several temperature sensors, it can be measured directly whether there is sufficient homogeneity of the surface temperature along the width of the heating roller. In other embodiments, several deep bores can also be present at different points on the casing tube.
In einer weiteren Ausführungsform ist in der Tiefenbohrung nur ein einziger Temperatursensor in der Mitte zwischen den beiden Stirnseiten des Mantelrohres angeordnet. Durch die verschiedenen Ausgestaltungen der Spreizvorrichtung ist es möglich, eine Homogenität der Oberflächentemperatur zu erreichen, sodass nur ein einziger Temperatursensor zur Kontrolle der Oberflächentemperatur benötigt wird.In a further embodiment, only a single temperature sensor is arranged in the depth bore in the middle between the two end faces of the casing tube. The various configurations of the spreading device make it possible to achieve a homogeneity of the surface temperature, so that only a single temperature sensor is required to control the surface temperature.
In einer weiteren Ausführungsform variiert dabei die Oberflächentemperatur der Außenseite des Mantelrohres über die Oberfläche um weniger als 5 °C.In a further embodiment, the surface temperature of the outside of the casing tube varies over the surface by less than 5 ° C.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Vorwärmschrank zum Temperieren einer durch den Vorwärmschrank geleiteten Materialbahn umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Heizwalze. Die Materialbahn wird dabei über einen Eingang in den Vorwärmschrank geführt und über einen Ausgang wieder aus dem Vorwärmschrank herausgeführt. Eingang und Ausgang des Vorwärmschranks können je nach Ausführungsform auf unterschiedlichen Seiten, vorzugsweise gegenüberliegenden Seiten, des Vorwärmschranks oder auf der gleichen Seite des Vorwärmschranks angeordnet sein.The invention further relates to a preheating cabinet for temperature control of a material web passed through the preheating cabinet, comprising at least one heating roller according to the invention. The material web is fed into the preheating cabinet via an entrance and then out of the preheating cabinet via an exit. Depending on the embodiment, the inlet and outlet of the preheating cabinet can be arranged on different sides, preferably opposite sides, of the preheating cabinet or on the same side of the preheating cabinet.
In einer Ausführungsform wird die Materialbahn im Vorwärmschrank mit der mindestens einen Heizwalze auf eine Temperatur von 60 - 140 °C aufgewärmt. Die Heizmatte(n) der Heizwalze(n) können dazu beispielsweise mit 400V betrieben werden und 12000 W Heizleistung besitzen.In one embodiment, the material web is heated to a temperature of 60-140 ° C. in the preheating cabinet with the at least one heating roller. The heating mat (s) of the heating roller (s) can be operated with 400V, for example, and have a heating power of 12000 W.
In einer weiteren Ausführungsform sind im Vorwärmschrank mindestens zwei der erfindungsgemäßen Heizwalzen angeordnet, wobei vor den Heizwalzen zumindest eine erste Transportwalze zum Zuführen der Materialbahn zu den Heizwalzen und nach den Heizwalzen zumindest eine zweite Transportwalze zur Ausleitung der Materialbahn aus dem Vorwärmschrank heraus angeordnet sind, vorzugsweise sind die Heizwalzen und Transportwalzen im Vorwärmschrank so angeordnet, dass die Materialbahn S-förmig um die Heiz- und Transportwalzen herumgeführt werden kann. Der Begriff „Zuführung der Materialbahn zu den Heizwalzen“ bezeichnet die Zuführung der Materialbahn zu der ersten Heizwalze, über die dann die Materialbahn zur zweiten Heizwalze geführt wird. Damit führt die erste Transportwalze natürlich indirekt die Materialbahn auch der zweiten Heizwalze zu.In a further embodiment, at least two of the heating rollers according to the invention are arranged in the preheating cabinet, with at least one first transport roller for feeding the material web to the heating rollers in front of the heating rollers and at least one second transport roller for leading the material web out of the preheating cabinet being arranged after the heating rollers, preferably the heating rollers and transport rollers are arranged in the preheating cabinet in such a way that the material web can be guided around the heating and transport rollers in an S-shape. The term “feeding the material web to the heating rollers” denotes the feeding of the material web to the first heating roller, via which the material web is then fed to the second heating roller. The first transport roller naturally also indirectly feeds the material web to the second heating roller.
Somit wird ein Vorwärmschrank, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung gestellt, in dem die Heizwalzen möglichst homogen beheizt werden können und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.Thus, a preheating cabinet, in particular for plastics processing machines, is made available, in which the heating rollers can be heated as homogeneously as possible and the heating means have a long service life.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anlage mit einer Maschine zur Materialbearbeitung umfassend einen erfindungsgemäßen Vorwärmschrank zum Temperieren einer Materialbahn für eine nachfolgende Bearbeitung der Materialbahn in der Maschine. Die Maschine kann dabei anschließend an den Vorwärmschrank ein oder mehrere Komponenten zur Bearbeitung und Weiterverarbeitung der Materialbahn bzw. der aus der Materialbahn entstandenen Produkte umfassen.The invention further relates to a system with a machine for material processing comprising a preheating cabinet according to the invention for tempering a material web for subsequent processing of the material web in the machine. Following the preheating cabinet, the machine can include one or more components for processing and further processing the material web or the products made from the material web.
In einer Ausführungsform umfasst dabei die Materialbahn einen Verbundwerkstoff. Hierbei kann die Materialbahn aber auch vollständig aus dem Verbundwerkstoff bestehen. Beispielsweise ist die Materialbahn eine Kunststofffolie.In one embodiment, the material web comprises a composite material. In this case, however, the material web can also consist entirely of the composite material. For example, the material web is a plastic film.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Maschine eine Thermoformmaschine. Mit einer Thermoformmaschine können thermoplastische Kunststoffe unter Wärmeeinwirkung sowie mit Hilfe von Druckluft und/oder Vakuum umgeformt werden. Als Materialbahnen können dabei Folien, in der Regel mit einer geringeren Dicke, oder Platten, in der Regel mit einer größeren Dicke, eingesetzt werden.In a further embodiment the machine is a thermoforming machine. With a thermoforming machine, thermoplastics can be formed under the influence of heat and with the help of compressed air and / or vacuum. Foils, usually with a smaller thickness, or plates, usually with a greater thickness, can be used as material webs.
Somit wird eine Anlage, insbesondere mit einer kunststoffverarbeitenden Maschine, zur Verfügung gestellt, die einen Vorwärmschrank umfasst, in dem die Heizwalzen zur Vorerwärmung der zu bearbeitenden Materialbahn möglichst homogen beheizt werden können und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.Thus, a system, in particular with a plastics processing machine, is made available which includes a preheating cabinet in which the heating rollers for preheating the material web to be processed can be heated as homogeneously as possible and their heating means have a long service life.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn umfassend die Schritte:
- - Anordnen mindestens einer Heizmatte auf einer Innenseite eines kreiszylindrischen Mantelrohres der Heizwalze in Kontakt zum Mantelrohr;
- - Anordnen einer Wärmeisolationsschicht auf einer nicht dem Mantelrohr zugewandten Innenseite der Heizmatte;
- - Anordnen einer Spreizvorrichtung im Inneren des Mantelrohres auf einer Innenseite der Wärmeisolationsschicht; und
- - Ausüben einer Vorspannung über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte mittels der Spreizvorrichtung, sodass die dem Mantelrohr zugewandte Außenseite der mindestens einen Heizmatte dauerhaft gegen die Innenseite des Mantelrohres gedrückt wird.
- - Arranging at least one heating mat on an inside of a circular cylindrical jacket tube of the heating roller in contact with the jacket tube;
- - Arranging a thermal insulation layer on an inside of the heating mat not facing the jacket tube;
- - Arranging a spreading device inside the jacket tube on an inside of the thermal insulation layer; and
- - Exerting a pretension via the thermal insulation layer on the heating mat by means of the spreading device, so that the outer side of the at least one heating mat facing the jacket pipe is pressed permanently against the inside of the jacket pipe.
In einer Ausführungsform werden dabei die Schritte des Anordnens der Heizmatte und der Wärmeisolationsschicht gemeinsam durchgeführt werden, da die Wärmeisolationsschicht dauerhaft mit der Heizmatte verbunden ist. Dieser dauerhafte Verbund kann beispielsweise mittels Vulkanisation durchgeführt werden.In one embodiment, the steps of arranging the heating mat and the heat insulation layer are carried out together, since the heat insulation layer is permanently connected to the heating mat. This permanent bond can be implemented, for example, by means of vulcanization.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Ausübens einer Vorspannung die Schritte des
- - Ausübens einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in radialer Spreizrichtung mittels einer ersten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung; und des
- - Ausübens einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in tangentialer Spreizrichtung mittels einer zweiten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung.
- Exerting a spreading effect against the thermal insulation layer in the radial spreading direction by means of a first spreading device of the spreading device; and des
- - Exerting a spreading effect against the thermal insulation layer in the tangential spreading direction by means of a second spreading device of the spreading device.
Somit wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizwalzen zur Verfügung gestellt, damit die Heizwalzen zur Vorerwärmung der zu bearbeitenden Materialbahn möglichst homogen beheizt werden können und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.Thus, a method for producing the heating rollers according to the invention is provided so that the heating rollers are used to preheat the processed material web can be heated as homogeneously as possible and the heating means have a long service life.
Es versteht sich, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen oder Merkmale daraus auch in beliebigen von den Ansprüchen und von deren Rückbezüge abweichenden Kombinationen miteinander kombiniert werden können, um Lösungen der voranstehenden Aufgabe im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.It goes without saying that the above-described embodiments or features thereof can also be combined with one another in any combinations that differ from the claims and their references in order to provide solutions to the above object within the scope of the present invention.
FigurenlisteFigure list
-
1 : erfindungsgemäße Heizwalze (a) in perspektivischer Außenansicht und (b) im seitlichen Schnitt;1 : heating roller according to the invention (a) in a perspective external view and (b) in a lateral section; -
2 : eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung in der erfindungsgemäßen Heizwalze (a) im seitlichen Schnitt und (b) in Vergrößerung der zweiten Spreizeinrichtung;2 : an embodiment of the spreading device in the heating roller according to the invention (a) in a lateral section and (b) in an enlargement of the second spreading device; -
3 : eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung mit Vertiefungen an der Außenseite in perspektivischer Ansicht;3 : an embodiment of the spreading device with depressions on the outside in a perspective view; -
4 : eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorwärmschranks;4th : an embodiment of a preheating cabinet according to the invention; -
5 : eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage;5 : an embodiment of a system according to the invention; -
6 : eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizwalze im seitlichen Schnitt durch die Wandung der Heizwalze; und6th : an embodiment of the heating roller according to the invention in a lateral section through the wall of the heating roller; and -
7 : eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Heizwalze.7th : an embodiment of a method according to the invention for manufacturing the heating roller.
Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Die erste Spreizeinrichtung
Außerdem werden elektrische Anschlüsse
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.At this point, it should be explicitly pointed out that features of the solutions described above or in the claims and / or figures can optionally also be combined in order to also be able to implement or achieve cumulatively explained features, effects and advantages.
Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese voranstehenden Ausführungsbeispiele.It goes without saying that the exemplary embodiment explained above is only a first embodiment of the present invention. In this respect, the configuration of the invention is not limited to these exemplary embodiments above.
Claims (32)
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