DE112010003915T5

DE112010003915T5 - Induktionsheizwalzenvorrichtung

Info

Publication number: DE112010003915T5
Application number: DE112010003915T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kitano; Kozo Okamoto; Eiichiro Takada; Takatsugu KITANO
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2012-11-29
Also published as: WO2011058772A1; CN102598850B; KR20120104202A; TW201117674A; CN102598850A; TWI511618B; KR101673645B1

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. Eine Induktionsheizwalzenvorrichtung umfasst einen Walzenkörper 2, einen Induktionsheizmechanismus 3 zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers 2, wobei der Induktionsheizmechanismus 3 innerhalb des Walzenkörpers 2 gehalten ist, und einen Kühlmechanismus 8, der zerstäubtes Kühlmittel von einem axialen Ende her in einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum X einführt, der zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 ausgebildet ist, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums X aus dem Walzenkörper 2 nach außen herausleitet.

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
Somit ist es eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Kühlung des Walzenkörpers zu ermöglichen, ohne dass am Walzenkörper ein rotierender Dichtungsmechanismus vorgesehen werden muss und bei unterdrückter Korrosion des Walzenkörpers.
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 statisch relativ zum Walzenkörper gehalten ist; und einen Kühlmechanismus, der eine Zerstäubungsvorrichtung zum Erzeugen eines zerstäubten Kühlmittels aufweist, wobei der Kühlmechanismus das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende her in einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraums einführt, der zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums aus dem Walzenkörper nach außen herausleitet.
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. Dadurch, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt wird, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums aus dem Walzenkörper nach außen herausgeleitet wird, kann der gesamte Zwischenraum von dem zerstäubten Kühlmittel durchtreten werden. Da die Zuführung und auch die Abführung des Kühlmittels an einem axialen Ende des Zwischenraums erfolgt, kann die Struktur innerhalb des Walzenkörpers vereinfacht werden, und der Einfluss durch die Anordnung von strukturellen Komponenten innerhalb des Walzenkörpers auf die Temperatur des Walzenkörpers kann vernachlässigt werden. Und 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.
Um die Struktur des Walzenkörpers zu vereinfachen und um zu verhindern, dass die Induktionsheizwalzenvorrichtung zu groß wird, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmechanismus einen Kühlmittelzuleitungskanal aufweist, der im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, und der das aus der Zerstäubungsvorrichtung kommende zerstäubte Kühlmittel führt, wobei eine in diesem Kühlmittelzuleitungskanal stromabwärts gelegene Öffnung am axialen Ende des Zwischenraums angeordnet ist.
Um das zerstäubte Kühlmittel gleichmäßig in den Zwischenraum zuzuführen und den Walzenkörper bzw. den Induktionsheizmechanismus effizient zu kühlen, ist es vorteilhaft, wenn mehrere der im Kühlmittelzuleitungskanal stromabwärts gelegenen Öffnungen in radialer Richtung in der Lagerachse vorgesehen sind.
Um die Struktur des Walzenkörpers zu vereinfachen und um zu verhindern, dass die Induktionsheizwalzenvorrichtung zu groß wird, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmechanismus einen Kühlmittelableitungskanal aufweist, um das Kühlmittel, das den Zwischenraum passiert hat, nach außen herauszuleiten, wobei der Kühlmittelableitungskanal im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, und wobei eine in diesem Kühlmittelableitungskanal stromaufwärts gelegene Öffnung am axialen Ende des Zwischenraums angeordnet ist.
Um das Ableiten des Kühlmittels vom zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus gebildeten Zwischenraum zum Kühlmittelableitungskanal zu erleichtern, das Vergasen von zerstäubtem Kühlmittel im Zwischenraum zu fördern und die Kondensation an der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers und am Induktionsheizmechanismus, die den Zwischenraum bilden, zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn in einem mit dem Kühlmittelableitungskanal in Verbindung stehenden Kühlmittelableitungsrohr eine Druckentlastungsvorrichtung zur Druckentlastung des Zwischenraums vorgesehen ist.
Um, z. B. bei Problemen mit der Zerstäubungsvorrichtung, das Abnehmen und den Austausch der Zerstäubungsvorrichtung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Zerstäubungsvorrichtung lösbar außerhalb des Walzenkörpers vorgesehen ist.
Um in der Induktionsheizwalzenvorrichtung mit Kühlung des Walzenkörpers und/oder des Induktionsheizmechanismus unter Verwendung von zerstäubtem Kühlmittel, zu verhindern, dass sich bei angehaltener Kühlung des Walzenkörpers und/oder des Induktionsheizmechanismus im Walzenkörper aufgrund des zerstäubten Kühlmittels Rost bildet und/oder die Isolierung des Induktionsheizmechanismus sich verschlechtert, ist es vorteilhaft, wenn die Induktionsheizwalzenvorrichtung ferner einen Gaszufuhrmechanismus aufweist, der nach einem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel, Gas in das Innere des Zwischenraums zuführt, und das Kühlmittel im Inneren des Zwischenraums nach außen herausleitet.
Somit wird nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel Gas in den Zwischenraum zugeführt, und das im Zwischenraum verbliebene Kühlmittel wird nach außen herausgeleitet, so dass verhindert werden kann, das das zerstäubte Kühlmittel kondensiert und am Walzenkörper niederschlägt und somit Rost bildet. Ferner kann eine Verschlechterung der Isolierung bzw. ein Kurzschluss aufgrund des Niederschlags von kondensiertem Kühlmittel auf dem Induktionsheizmechanismus verhindert werden. Des Weiteren kann die Verdampfung von bereits im Zwischenraum kondensiertem Kühlmittel durch die Zufuhr von Gas in den Zwischenraum vorangetrieben werden, und somit kann das Entstehen von Rost im Innern des Walzenkörpers und eine Verschlechterung der Isolierung des Induktionsheizmechanismus verhindert werden.
Um das nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel im Zwischenraum verbleibende zerstäubte Kühlmittel effizient nach außen heraus zuleiten bevor es kondensiert, ist es vorteilhaft, dass der Gaszufuhrmechanismus für eine bestimmte Zeitdauer unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr des zerstäubten Kühlmittels Gas in den Zwischenraum zuführt. Ferner muss die Zufuhr von Gas nicht unbedingt unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel erfolgen, sondern die Zufuhr von Gas kann auch nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Anhalten der Zufuhr des zerstäubten Kühlmittels erfolgen.
Dadurch, dass nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel Gas zugeführt wird, wird das zerstäubte Kühlmittel im Zwischenraum reduziert, und es ist nicht notwendig, eine große Menge Gas zuzuführen. Andererseits, auch wenn es nicht mehr nötig ist, das zerstäubte Kühlmittel nach außen herauszuleiten, kann es nötig sein, das Kühlmittel zu verdampfen, und eine erneute Kondensation zu verhindern. Aus diesem Blickwinkel betrachtet ist es vorteilhaft, wenn der Gaszufuhrmechanismus die dem Zwischenraum zugeführte Gasmenge in Abhängigkeit von der Zeit anpasst, die nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel verstrichen ist.
Um den Kühlmittelmechanismus und den Gaszufuhrmechanismus mit gemeinsamen Elementen zu versehen und somit die Struktur der Induktionsheizwalzenvorrichtung zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmechanismus eine Zerstäubungsvorrichtung zum Erzeugen von zerstäubtem Kühlmittel, eine Pressluftversorgungsschaltung zur Zufuhr von Pressluft an die Zerstäubungsvorrichtung, und einen Kühlmittelversorgungsschaltung zur Versorgung der Zerstäubungsvorrichtung mit Kühlmittel aufweist, wobei der Gaszufuhrmechanismus unter Verwendung der Pressluftversorgungsschaltung eingerichtet ist, und nach dem Schließen der Kühlmittelversorgungsschaltung Pressluft aus der Pressluftversorgungsschaltung über die Zerstäubungsvorrichtung dem Zwischenraum zugeführt wird.
Um eine bestimmte Zeit unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel das verbliebene zerstäubte Kühlmittel zu entfernen und das kondensierte Kühlmittel zu entfernen, und um nach Ablauf dieser bestimmten Zeit die interne Kondensation zu verhindern sowie kondensiertes Kühlmittel zu entfernen, ist es vorteilhaft, wenn die Pressluftversorgungsschaltung sich zwischen einer Pressluftquelle und der Zerstäubungsvorrichtung verzweigt, und einen ersten Zweig mit einem Hochdruck-Druckentlastungsventil zur Zufuhr von Hochdruckluft für die Erzeugung des zerstäubten Kühlmittels an die Zerstäubungsvorrichtung, einen zweiten Zweig mit einem Niederdruck-Druckentlastungsventil zur Zufuhr von Niederdruckluft an die Zerstäubungsvorrichtung, sowie einen Umschaltmechanismus zum Umschalten zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig aufweist, wobei der Gaszufuhrmechanismus für einen bestimmte Zeit unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel an den Zwischenraum unter Verwendung des ersten Zweigs mit dem Umschaltmechanismus Hochdruck zuführt, und nach Ablauf dieser bestimmten Zeit unter Verwendung des zweiten Zweigs mit dem Umschaltmechanismus Niederdruck zuführt. Somit kann durch eine einfache Anordnung und Steuerung, bei der zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig umgeschaltet wird, die Gasflussmenge, die dem Zwischenraum zugeführt wird geändert werden.
Um die Kondensation im Innern des Walzenkörpers in einem Betriebszustand, in dem kein zerstäubtes Kühlmittel zugeführt wird, noch sicherer zu verhindern, ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der kontinuierlich Niederdruckluft zugeführt wird, außer zu den Zeiten, zu denen an den Zwischenraum zerstäubtes Kühlmittel zugeführt wird und nach der Zufuhr des zerstäubten Kühlmittels Hochdruckluft zugeführt wird.
Um zu verhindern, dass bei der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel in den Zwischenraum, der durch den Walzenkörper und den Induktionsheizmechanismus gebildet ist, der Walzenkörper durch das zerstäubte Kühlmittel lokal zu stark gekühlt wird, ist es vorteilhaft, wenn der Kühlmechanismus einen Kühlmittelzuleitungskanal aufweist, der im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, wobei eine stromabwärtsgelegene Öffnung des Kühlmittelzuleitungskanal in die äußere umlaufende Wand der Lagerachse mündet, und der Kühlmittelzuleitungskanal das zerstäubte Kühlmittel aus der Zerstäubungsvorrichtung in radialer Richtung am axialen Ende des Zwischenraums einführt, und die Induktionsheizwalzenvorrichtung ferner ein Führungsteil aufweist, das an einem axialen Ende des Zwischenraums vorgesehen ist, und der das zerstäubte Kühlmittel, das von der stromabwärts gelegenen Öffnung in radialer Richtung fließt, stromabwärts in die axiale Richtung des Zwischenraums leitet.
Da somit das von den Öffnungen auf der stromabwärtigen Seite im Kühlmittelzuleitungskanal in radialer Richtung fließende Kühlmittel von dem Führungsteil in axialer Richtung des Zwischenraums stromabwärts umgelenkt wird, kann die Tröpfchenbildung aufgrund von Kollisionen des zerstäubten Kühlmittels mit der Innenwand am axialen Ende des Walzenkörpers verringert werden. Somit kann verhindert werden, dass das axiale Ende des Walzenkörpers gegenüber den stromabwärtigen Öffnungen lokal zu stark gekühlt wird. Ferner kann der Fluss des zerstäubten Kühlmittels mit dem Führungsteil effizient von der radialen Richtung in die axiale Richtung umgelenkt werden, und das zerstäubte Kühlmittel kann leichter den gesamten Zwischenraum durchtreten.
Da das zerstäubte Kühlmittel auf das Führungsteil trifft, ist es denkbar, dass dieses Führungsteil im Vergleich zu anderen Komponenten übermäßig gekühlt wird. Um den Einfluss der Wärme vom übermäßig gekühlten Führungsteil auf den Walzenkörper so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn das Führungsteil über eine wärmeisolierende Schicht an der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers vorgesehen ist.
Um den Einfluss der Wärme vom Führungsteil auf den Walzenkörper mit einer einfachen Anordnung so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn das Führungsteil an der Innenwand des an beiden Enden des Walzenkörpers vorgesehenen Achsflansches befestigt ist, und von der inneren umlaufenden Wand des Walzenkörpers beabstandet vorgesehen ist.
Um das Führungsteil und das Bauteil, an dem das Führungsteil befestigt ist, thermisch voneinander zu entkoppeln, und den Einfluss der Wärme vom Führungsteil zu verringern, ist es ferner vorteilhaft, wenn das Führungsteil mit einem wärmeisolierenden Befestigungselement an dem Bauteil befestigt ist, welches das axiale Ende des Zwischenraums bildet.
Da der Walzenkörper relativ zum Induktionsheizmechanismus rotiert, rotiert der Walzenkörper auch relativ zu den stromabwärts im Kühlmittelzuleitungskanal gelegenen Öffnungen, die in der Lagerachse des Induktionsheizmechanismus vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, wenn das Führungsteil über den gesamten Umfang des axialen Endes des Zwischenraums vorgesehen ist, um das aus den stromabwärtigen Öffnungen in radialer Richtung fließende zerstäubte Kühlmittel effizient stromabwärts im Zwischenraum zu führen.
Ferner kann eine erfindungsgemäße Induktionsheizwalzenvorrichtung, Folgendes aufweisen: einen drehbar gelagerten Walzenkörper; einen Induktionsheizmechanismus zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers, wobei der Induktionsheizmechanismus innerhalb des Walzenkörpers angeordnet ist; und einen Kühlmechanismus zum Kühlen des Walzenkörpers und des Induktionsheizmechanismus, wobei der Kühlmechanismus Folgendes aufweist: eine Zerstäubungsvorrichtung zum Erzeugen eines zerstäubten Kühlmittels; und ein Kühlmittelzuleitungsrohr, welches mit der Zerstäubungsvorrichtung verbunden ist, welches mehrere Kühlmittelzufuhröffnungen aufweist, die entlang der axialen Richtung eines zylindrischen Zwischenraums, der zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist, vorgesehen sind, und welches dem Zwischenraum das zerstäubte Kühlmittel zuführt.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.
3 ist Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.
4 ist Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer anderen abgewandelten Ausführungsform.
5 ist Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
6 ist eine Schnittdarstellung entlang A-A in einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
7 ist eine Schnittdarstellung einer freitragenden Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
8 ist eine Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine schematische Ansicht der Anordnung der Zufuhrkreisläufe in dieser Ausführungsform.
10 ist eine schematische Ansicht der Steuerschaltung einer Temperatursteuerung in dieser Ausführungsform.
11 ist eine Darstellung des Regelungsflusses der Temperatursteuerung in dieser Ausführungsform.
12 ist eine Schnittdarstellung einer Induktionsheizwalzenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine vergrößerte Darstellung, die hauptsächlich den Kühlmittelzuleitungskanal und das Führungsteil in dieser Ausführungsform zeigt.
14 ist eine Schnittdarstellung entlang A-A in dieser Ausführungsform.
15 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Führungsteils in einer abgewandelten Ausführungsform.
16 ist eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung des Führungsteils in einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

100: Induktionsheizwalzenvorrichtung
2: Walzenkörper
3: Induktionsheizvorrichtung
X: Zwischenraum
6: Lagerachse
8: Kühlmechanismus
81: Zerstäubungsvorrichtung
84: Kühlmittelzuleitungskanal
85: Kühlmittelableitungskanal
9: Druckentlastungsvorrichtung

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird eine erste 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, Geweben oder Faserstoffen 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 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.
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 einen Hohlraum 61, der entlang der Mittenachse innerhalb der an dem einem Ende des Induktionsheizmechanismus 3 vorgesehenen Lagerachse 6 (im Folgenden wird diese Lagerachse mit „6A” gekennzeichnet) gebildet ist. Genauer gesagt ist dieser Hohlraum 61 ein im Wesentlichen kreisrund säulenförmiger Raum, der koaxial zur Mittenachse der Lagerachse 6A gebildet ist.
Der Hohlraum 61 ist an der äußeren Endfläche der Lagerachse 6A geöffnet, und an dieser Öffnung ist eine Ausstoßöffnung 81s der Zerstäubungsvorrichtung 81 angebracht, der ins Innere des Hohlraums 61 weist. Genauer gesagt ist die Ausstoßöffnung 81s der Zerstäubungsvorrichtung 81 so angebracht, dass sie auf der Mittenachse des Hohlraums 61 positioniert ist. 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 die Öffnung des Hohlraums 61 sowie die Zerstäubungsvorrichtung 81 über einen Dichtungsmechanismus (nicht in den Figuren dargestellt) lösbar miteinander verbunden.
Der Hohlraum 61 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. Mit dieser Anordnung wird das aus den Öffnungen stromabwärts (Durchgangslöcher 61H) austretende zerstäubte Kühlmittel in radialer Richtung in das in axialer Richtung stromaufwärts gelegene Ende des Zwischenraumes X eingeführt. Genauer gesagt wird das zerstäubte Kühlmittel entlang der radialen Richtung in den im Wesentlichen ringförmigen Zwischenraum X2 des Zwischenraums X eingeführt, der durch die innere Wandung des an den beiden Enden des Wälzkörpers 2 vorgesehenen Achsflansches 41 sowie die in axialer Richtung stromaufwärts gelegene Endwand 3X des Induktionsheizmechanismus 3 gebildet ist.
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 (im Folgenden wird diese Lagerachse mit „6B” gekennzeichnet). Dieses Kühlmittelableitungsrohr 85T ist in den Hohlraum 62 eingeführt, der entlang der Mittenachse innerhalb der Lagerachse 6B gebildet ist, und mündet 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 9 zur Verminderung des Drucks im Zwischenraum X vorgesehen. Diese Druckentlastungsvorrichtung 9 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 9 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.
Wirkung der ersten Ausführungsform
Mit der Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird zerstäubtes Kühlmittel in den Walzenkörper 2 eingeführt, so dass der Walzenkörper 2 bzw. der 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 innerhalb des Walzenkörpers 2 und der latenten Wärme beim Verdampfen gekühlt werden kann. Dadurch, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums X, welcher mit im Wesentlichen zylindrischer Form zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 gebildet ist eingeführt wird, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums X nach außen geleitet 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. Für ein eigenständiges Abkühlen der Temperatur des Walzenkörpers 2 der Induktionsheizwalzenvorrichtung von 200°C auf 150°C auf natürliche Weise werden etwa 30 min benötigt, wohingegen die Zeit für das Abkühlen der Temperatur des Walzenkörpers 2 von 200°C auf 150°C durch Verwendung des Kühlmechanismus 8 auf etwa 10 min verringert werden kann.
Modifizierte Beispiele der ersten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene erste Ausführungsform beschränkt.
Falls in der ersten Ausführungsform der Kühlmechanismus 8 am einen Ende der Achsflansche 41 und der Drehtransformator 10 am anderen Ende angeordnet ist, und ein Rotationsantriebsmechanismus an dem einem Ende der Achsflansche 41 befestigt ist, dann kann dies die Anordnung verkomplizieren und die Anwendung erschweren. In diesem Fall ist es, wie in 2 dargestellt, bevorzugt, dass der Kühlmechanismus 8 am selben Ende vorgesehen ist wie der Drehtransformator 10. Dabei tritt auch die Führungsleitung L2 durch den Hohlraum 62 in der Lagerachse 6, so dass die Zerstäubungsvorrichtung 81 an einem Rohr 84T befestigt ist, das unabhängig von der Lagerachse 6 ist. Ferner erstreckt sich der Kühlmittelzuleitungskanal 84 von der Lagerachse 6A auf der anderen Seite durch das Innere des Induktionsheizmechanismus bis zum Fußende der Lagerachse 6A, und mit den Durchgangslöchern 61H im Fußende der Lagerachse 6A sind die Öffnungen auf der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelzuleitungskanals 84 am einen axialen Ende des Zwischenraumes X angeordnet. Das zerstäubte Kühlmittel, welches in den Kühlmittelzuleitungskanal 84 eingeführt wird, wird durch einen Kühlmittelableitungskanal 85 wie in der ersten Ausführungsform nach außen herausgeleitet.
In dieser ersten Ausführungsform wurde eine Induktionsheizwalzenvorrichtung mit beidseitiger Lagerung beschrieben, es ist jedoch auch möglich, die Erfindung auf eine Induktionsheizwalzenvorrichtung anzuwenden, bei der nur einer der Achsflansche 41 an zwei Punkten gelagert ist, wie in 3 gezeigt. Dabei ist der Walzenkörper 2 durch zwei Lager 51a, 51b gelagert, die in axialer Richtung beabstandet voneinander angeordnet sind. Ferner ist es auch eine Anordnung des Kühlmechanismus denkbar, in der die gleiche Anordnung wie in 2 gezeigt verwendet wird.
Ferner kann der Kühlmechanismus 8, wie z. B. in 4 und 5 dargestellt, eine Zerstäubungsvorrichtung 81 zur Erzeugung von zerstäubtem Kühlmittel sowie eine Kühlmittelzuleitungsrohr 86 zur Zuführung von zerstäubtem Kühlmittel an den Zwischenraum X umfassen, die mehrere Kühlmittelzufuhröffnungen 86H aufweist, die mit der Zerstäubungsvorrichtung 81 verbunden ist und entlang der axialen Richtung des im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraumes X angeordnet sind, der zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 gebildet ist.
In diesem Falle kann das Kühlmittelzuleitungsrohr 86 zum Beispiel, wie in 4 dargestellt, an einem Ende mit der Zerstäubungsvorrichtung 81 verbunden sein und z. B. entlang der Mittenachse innerhalb des Zwischenraumes X angeordnet sein. Ferner sind an der äußeren umlaufenden Wandung eines Teils des Kühlmittelzuleitungsrohr 86, der auf der umlaufenden Wandung des Induktionsheizmechanismus 3 angeordnet ist, die mehreren Kühlmittelzufuhröffnungen 86H gebildet, um das zerstäubte Kühlmittel in den Zwischenraum X zu leiten. Dabei wird das von dem Kühlmittelzuleitungsrohr 86 in den Zwischenraum X geführte Kühlmittel, wie im ersten Ausführungsbeispiel, durch den Kühlmittelableitungskanal 85 nach außen herausgeleitet.
Ferner kann der zylindrischen Eisenkern 31, wie in 5 und 6 dargestellt, mit einem Leitungsaufnahmeabschnitt 31M versehen sein, und das Kühlmittelzuleitungsrohr 86 kann entlang diesem Leitungsaufnahmeabschnitt 31M angeordnet sein. Dabei ist der Leitungsaufnahmeabschnitt 31M, wie in 5 dargestellt, entlang der axialen Richtung angeordnet. Ferner sind die Kühlmittelzufuhröffnungen 86H des Kühlmittelzuleitungsrohrs 86, wie in 5 gezeigt, zwischen den Induktionsspulen 32 positioniert, die beabstandet voneinander an der äußeren umlaufenden Oberfläche des zylindrischen Eisenkerns 31 angeordnet sind, und das zerstäubte Kühlmittel wird von zwischen den Induktionsspulen 32 in den Zwischenraum X geführt. In diesem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelableitungskanal 85 einstückig mit der seitlichen umlaufenden Wandung der Lagerachse 6B ausgebildet, und ist am stromabwärtigen Ende mit dem Kühlmittelableitungsrohr 85T verbunden. Es sollte beachtet werden, dass die 5 und 6 lediglich ein Kühlmittelzuleitungsrohr 86 zeigen, es ist jedoch auch möglich, mehrere vorzusehen.
Wie in 7 dargestellt, ist es auch möglich, dass die Erfindung auf eine als sogenannten Freiträger („cantilever”) ausgebildete Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 angewendet wird. Dabei sind Elemente, die denen in der ersten Ausführungsform entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Diese Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 umfasst einen zylindrischen Walzenkörper 2, einen Motor M, ein Lagergehäuse (Gestell) 12, einen Induktionsheizmechanismus 3, sowie einen Kühlmechanismus 8. Der Walzenkörper 2 ist mit einem Boden versehen und weist in der Mitte seines Bodens einen Achseinpassabschnitt 2a auf. Der Motor M hat eine Drehwelle M1, die in das hohle Innere des Walzenkörpers 2 eingeführt ist und deren vorderes Ende in den Achseinpassabschnitt 2a des Walzenkörpers 2 eingepasst und verschraubt ist. Das Lagergehäuse 12 ist an einem Ende an dem Gehäuse MH des Motors M befestigt und sein anderes Ende erstreckt sich ins hohle Innere des Walzenkörpers 2. Das Lagergehäuse 12 lagert die Drehwelle M1 mit Lagern 11a und 11b. Der Induktionsheizmechanismus 3 ist am Lagergehäuse 12 derart befestigt, dass er sich entlang der inneren umlaufenden Oberfläche des Walzenkörpers 2 erstreckt und erhitzt den Walzenkörper 2. Der Kühlmechanismus 8 kühlt den Walzenkörper 2 und den Induktionsheizmechanismus 3.
In Inneren des Lagergehäuses 12 ist ein Kühlmittelzuleitungskanal 84 des Kühlmechanismus 8 ausgebildet. Genauer gesagt ist ein Ende des Kühlmittelzuleitungskanals 84 in der äußeren Wand (hinteren Endwand) des Lagergehäuses 12 geöffnet, und das andere Ende ist in der Wand (vordere Endwand) geöffnet, die den Zwischenraum X3 begrenzt (steht in Kommunikation mit dem Zwischenraum X, der zwischen dem Walzenkörper 2 und dem Induktionsheizmechanismus 3 gebildet ist), der zwischen dem Walzenkörper 2 und dem anderen Ende des Lagergehäuses 12 gebildet ist. Ferner ist eine Ausstoßöffnung 81s der Zerstäubungsvorrichtung 81 mittels einer Dichtungsstruktur (nicht dargestellt) an dem einen Ende des Kühlmittelzuleitungskanals 84 lösbar befestigt.
Des Weiteren ist auch ein Kühlmittelableitungskanal 85 des Kühlmechanismus 8 innerhalb des Lagergehäuses 12 ausgebildet. Genauer gesagt ist ein Ende des Kühlmittelableitungskanals 85 in der Wand geöffnet, die einen Zwischenraum X4 begrenzt, der zwischen dem Induktionsheizmechanismus 3 und der Drehwelle M1 gebildet ist, und das andere Ende ist in der hinteren Endwand des Lagergehäuses 12 geöffnet. An die Öffnung in der hinteren Endwand des Kühlmittelableitungskanals 85 ist ein Kühlmittelableitungsrohr 85T mit einer Druckentlastungsvorrichtung 9 angeschlossen. In dieser modifizierten Ausführungsform können der Kühlmittelzuleitungskanal 84 und der Kühlmittelableitungskanal 85 auch miteinander vertauscht werden.
Es sollte beachtet werden, dass am Lagergehäuse 12 ein Flanschabschnitt 12F, der die Öffnung des Walzenkörpers 2 abdeckt, sowie eine kontaktlose Dichtung S3 wie z. B. eine Labyrinthdichtung vorgesehen sind, um zu Verhindern, dass das zerstäubte Kühlmittel nach außen leckt. Ferner ist auch zwischen der Drehwelle M1 und dem Lagergehäuse 12, und zwar vor dem vorderen Lager 11a, eine kontaktlose Dichtung S4 wie z. B. eine Labyrinthdichtung vorgesehen, um zu Verhindern, dass das zerstäubte Kühlmittel nach außen leckt.
Darüber hinaus war in der ersten 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 war in der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt wurde und vom anderen axialen Ende herausgeleitet wurde, es ist jedoch auch möglich, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt wird und vom selben axialen Ende herausgeleitet wird.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsheizwalzenvorrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. Dabei sind Elemente, die denen in der ersten Ausführungsform entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie in 8 dargestellt, umfasst die Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 dieser Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, einen drehbar gelagerten, hohlzylindrischen Walzenkörper 2, einen Induktionsheizmechanismus 3, der innerhalb des Walzenkörpers 2 angeordnet ist, sowie einen Kühlmechanismus 8 zum Kühlen des Walzenkörpers 2 und des Induktionsheizmechanismus 3 mit einem zerstäubten Kühlmittel.
Die Pressluftversorgungsschaltung 82 der vorliegenden Ausführungsform 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, ein Ein/Aus-Ventil 823, das in der Pressluftleitung 822 vorgesehen ist und die Zufuhr von Pressluft zur Zerstäubungsvorrichtung 81 zulässt oder sperrt, und ein stromabwärts vom Ein/Aus-Ventil 823 vorgesehenes Durchflussregelungsventil 824 (ein Druckentlastungsventil bzw. Druckminderungsventil in der vorliegenden Ausführungsform) zur Regelung der Durchflussmenge von Pressluft, welche der Zerstäubungsvorrichtung 81 zugeführt wird. Die konkrete Anordnung der Pressluftversorgungsschaltung 82 und die konkrete Steuerung des Ein/Aus-Ventils 823 mit einer Temperatursteuerung TC werden weiter unten erläutert.
Die Kühlmittelversorgungsschaltung 83 dieser Ausführungsform 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 Ein/Aus-Ventil 833, das die Zufuhr von Kühlmittel zur Zerstäubungsvorrichtung 81 zulässt oder sperrt, und ein stromabwärts vom Ein/Aus-Ventil 833 vorgesehenes Durchflussregelungsventil 834 (ein Druckentlastungsventil bzw. Druckminderungsventil in der vorliegenden Ausführungsform) zum Einstellen der Durchflussmenge von Kühlmittel, welches der Zerstäubungsvorrichtung 81 zugeführt wird. Das Ein/Aus-Ventil 833 ist ein elektromagnetisches Ventil, welches mit einem EIN/AUS-Signal von einer Temperatursteuerung TC geöffnet bzw. geschlossen werden kann, wobei die genaue Steuerung mit der Temperatursteuerung TC weiter unten erläutert wird.
Die Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform weist ferner einen Gaszufuhrmechanismus auf, welcher, nachdem die Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel durch den Kühlmechanismus 8 an den Zwischenraum X gestoppt wird, dem Zwischenraum X ein Gas zum Entfernen des Kühlmittels zuführt, um das Kühlmittel im Zwischenraum X nach außen herauszudrängen.
Der Gaszufuhrmechanismus ist unter Verwendung eines Teils des Kühlmechanismus 8 eingerichtet. Genauer gesagt verwendet der Gaszufuhrmechanismus die Pressluftversorgungsschaltung 82 und den Kühlmittelzuleitungskanal 84, und nachdem die Kühlmittelversorgungsschaltung 83 des Kühlmechanismus 8 geschlossen wird, wird dem Zwischenraum X Pressluft von der Pressluftversorgungsschaltung 82 über die Zerstäubungsvorrichtung 81 und den Kühlmittelzuleitungskanal 84 zugeführt. Dabei wird die dem Zwischenraum X zugeführte Luft über den Kühlmittelableitungskanal 85 nach außen abgeführt.
In der einen Teil des Gaszufuhrmechanismus bildenden Pressluftversorgungsschaltung 82 verzweigt sich die Pressluftleitung 822, wie in den 8 und 9 dargestellt, zwischen der Pressluftquelle 821 und der Zerstäubungsvorrichtung 81, und umfasst einen ersten Zweig 822A mit einem Hochdruck-Druckentlastungsventil 824A zur Zufuhr von Hochdruckluft für die Erzeugung des zerstäubten Kühlmittels an die Zerstäubungsvorrichtung 81, einen zweiten Zweig 822B mit einem Niederdruck-Druckentlastungsventil 824A zur Zufuhr von Niederdruckluft an die Zerstäubungsvorrichtung 81, sowie einen Umschaltmechanismus zum Umschalten zwischen dem ersten Zweig 822A und dem zweiten Zweig 822B. Dabei ist die Durchflussmenge an Niederdruckluft, die von dem zweiten Zweig 822B zugeführt wird so eingestellt, dass sie niedriger ist als die Durchflussmenge an Hochdruckluft, die von dem ersten Zweig 822A zugeführt wird, und kann auf z. B. 10% davon eingestellt sein.
Der Umschaltmechanismus dieser Ausführungsform ist durch ein erstes Ein/Aus-Ventil 823A und ein zweites Ein/Aus-Ventil 823B gebildet, die jeweils im ersten Zweig 822A und im zweiten Zweig 822B vorgesehen sind. Das erste Ein/Aus-Ventil 823A und das zweite Ein/Aus-Ventil 823B sind elektromagnetische Ventile, die durch ein EIN/AUS-Signal von der Temperatursteuerung TC geöffnet bzw. geschlossen werden können. Es ist auch möglich, als Umschaltmechanismus im Verzweigungspunkt bzw. Zusammenflusspunkt des ersten Zweigs 822A und des zweiten Zweigs 822B Dreiwegeventile vorzusehen.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die 10 und 11 die Temperaturregelung der Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform, sowie der Betrieb des Kühlmechanismus 8 und des Gaszufuhrmechanismus erläutert. 10 ist ein Steuerschaltungsdiagramm der Pressluftversorgungsschaltung 82 und der Kühlmittelversorgungsschaltung 83 in der Temperatursteuerung TC. 11 ist ein Diagramm des Steuerflusses, welches den Zusammenhang zwischen der Temperatur des Walzenkörpers 2 einerseits und dem Betrieb des Induktionsheizmechanismus 3 (Leistung der Induktionsspule), der Pressluftversorgungsschaltung 82 (EIN/AUS der Ein/Aus-Ventile 823A und 823B) sowie der Kühlmittelversorgungsschaltung 83 (EIN/AUS des Ein/Aus-Ventils 833) andererseits darstellt.
Die Temperatursteuerung TC nimmt über eine Temperaturerfassungsvorrichtung (genauer gesagt den Drehtransformator) 10 ein Sensorsignal des in der umlaufenden Wand des Walzenkörpers 2 eingelassenen Temperatursensors 2T auf, vergleicht die von diesem Sensorsignal angezeigte Ist-Temperatur (PV) mit einer vorbestimmten Soll-Temperatur (SV), und steuert die Zufuhr von Leistung an die Induktionsspule 32 sowie die Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel derart, dass die Ist-Temperatur (PV) zur Soll-Temperatur (SV) wird. Abhängig vom Unterschied zwischen der Ist-Temperatur (PV) und der Soll-Temperatur (SV) gibt die Temperatursteuerung TC ein in die Induktionsspule 32 einzugebendes Signal an eine Leistungsregelungsvorrichtung 11, die z. B. einen Thyristor aufweist.
Falls die Ist-Temperatur (PV) höher ist als die Soll-Temperatur (SV), dann gibt die Temperatursteuerung TC an das erste Ein/Aus-Ventil 823A im ersten Zweig 822A der Pressluftversorgungsschaltung 82 und an das Ein/Aus-Ventil 833 in der Kühlmittelversorgungsschaltung 83 ein EIN-Signal aus, um dem Zwischenraum X zerstäubtes Kühlmittel zuzuführen und den Walzenkörper 2 zu kühlen. 11 zeigt einen Betrieb, in welchem dem Zwischenraum X zerstäubtes Kühlmittel zugeführt wird, wenn die Ist-Temperatur (PV) um +1°C höher ist als die Soll-Temperatur (SV). Somit werden das erste Ein/Aus-Ventil 823A und das Ein/Aus-Ventil 833 geöffnet, Pressluft und Kühlmittel werden der Zerstäubungsvorrichtung 81 zugeführt, und zerstäubtes Kühlmittel wird erzeugt.
Danach, wenn der Walzenkörper 2 durch das zerstäubte Kühlmittel gekühlt wurde und die Ist-Temperatur (PV) unter die Soll-Temperatur (SV) gefallen ist, gibt die Temperatursteuerung TC an das erste Ein/Aus-Ventil 823A und das Ein/Aus-Ventil 833 ein AUS-Signal aus, um die Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel zu stoppen. Dabei schließt das Ein/Aus-Ventil 823A im ersten Zweig 822A mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit, die mit einem Verzögerungstimer T1 eingestellt ist, und bis dahin wird nur Hochdruckluft über die Zerstäubungsvorrichtung 81 weiterhin in den Zwischenraum X geleitet. Mit. anderen Worten, die Hochdruckluft wird unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel für einen bestimmten Zeitraum in den Zwischenraum X zugeführt, wodurch nicht nur das im Zwischenraum X verbleibende zerstäubte Kühlmittel nach außen herausgeleitet werden kann, sondern auch bereits kondensiertes Kühlmittel (Kondenswasser) verdampft und nach außen herausgeleitet werden kann. Dadurch, dass unmittelbar nach dem Anhalten Hochdruckluft zugeführt wird, kann also die Zeit in welcher das verbleibende zerstäubte Kühlmittel kondensiert so kurz wie möglich gehalten werden.
Zu dem Zeitpunkt bei dem das erste Ein/Aus-Ventil 823A im ersten Zweig 822A schließt, gibt die Temperatursteuerung TC ein EIN-Signal an das zweite Ein/Aus-Ventil 823B im zweiten Zweig 822B. Dadurch wird das zweite Ein/Aus-Ventil 823B geöffnet, und nur Niederdruckluft wird über die erste Zerstäubungsvorrichtung 81 in den Zwischenraum geführt. Somit wird für einen bestimmten Zeitraum unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel an den Zwischenraum X durch den Umschaltmechanismus Hochdruckluft über den ersten Zweig 822A zugeführt, und nach diesem bestimmten Zeitraum wird durch den Umschaltmechanismus Niederdruckluft über den zweiten Zweig 822B zugeführt. Mit anderen Worten, abhängig von der Zeit, die nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel verstrichen ist, wird die Gasdurchflussmenge, die dem Zwischenraum X zugeführt wird, in zwei Stufen (Hochdruckluft und Niederdruckluft) eingestellt. Nachdem diese bestimmte Zeit verstrichen ist, wird somit Niederdruck zugeführt, so dass die Kondensation von Kühlmittel verhindert werden kann und kondensiertes Kühlmittel entfernt werden kann.
Danach, bis der Betrieb der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel beginnt, also bis die Ist-Temperatur (PV) wider die Soll-Temperatur (SV) überschreitet und der Kühlbetrieb wider beginnt, gibt die Temperatursteuerung TC an das zweite Ein/Aus-Ventil 823B ein EIN-Signal aus, so dass die Zufuhr von Niederdruck an den Zwischenraum X andauert. Mit anderen Worten, die Anordnung ist derart, dass die Zufuhr von Niederdruck jederzeit andauert, außer bei der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel an den Zwischenraum X und bei der Zufuhr von Hochdruck unmittelbar nach der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel.
Effekt der zweiten Ausführungsform
Mit der oben beschriebenen Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unmittelbar nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel Gas in den Zwischenraum X zugeführt und somit das im Zwischenraum X verbliebene Kühlmittel nach außen herausgedrängt, so dass verhindert werden kann, dass das zerstäubte Kühlmittel kondensiert und am Walzenkörper 2 niederschlägt, und somit Rost bildet. Ferner kann eine Verschlechterung der Isolierung bzw. ein Kurzschluss aufgrund des Niederschlags von kondensiertem Kühlmittel auf dem Induktionsheizmechanismus 3 verhindert werden. Des Weiteren kann die Verdampfung von bereits im Zwischenraum X kondensiertem Kühlmittel (Kondenswasser) durch die Zufuhr von Gas in den Zwischenraum X vorangetrieben werden, und somit kann das Entstehen von Rost im Innern des Walzenkörpers 2 und eine Verschlechterung der Isolierung des Induktionsheizmechanismus 3 verhindert werden.
Modifizierte Beispiele der zweiten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene zweite Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel ist in der zweiten Ausführungsform der Gaszufuhrmechanismus unter Verwendung eines Teils des Kühlmechanismus gebildet, und die Anordnung der Induktionsheizwalzenvorrichtung wurde somit vereinfacht, alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die Kühlmechanismus und den Gaszufuhrmechanismus separat vorzusehen. Dabei ist es möglich, als das von dem Gaszufuhrmechanismus zugeführte Gas ein inertes Gas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, statt oder zusätzlich zu Luft zu verwenden.
Ferner wird im zweiten Ausführungsbeispiel nach dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel eine zweistufige Zufuhr von Hochdruckluft und Niederdruckluft durchgeführt, es ist jedoch auch möglich in Abhängigkeit von der Zeit, die seit dem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel verstrichen ist, eine Zufuhr von Luft in drei oder mehr Stufen vorzusehen, indem die Pressluftversorgungsschaltung in drei oder mehr Zweige verzweigt wird, und in jedem dieser Zweige ein anderes Druckentlastungsventil vorgesehen ist.
Falls in der zweiten Ausführungsform auf der einen Seite der Achsflansche ein Kühlmechanismus (Gaszufuhrmechanismus) und auf der anderen Seite ein Drehtransformator vorgesehen ist, und ein Rotationsantriebsmechanismus an einem Ende der Achsflansche befestigt ist, dann kann dies die Anordnung verkomplizieren und die Anwendung erschweren. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Kühlmechanismus am selben Ende vorgesehen ist, wie der Drehtransformator.
In dieser zweiten Ausführungsform wurde eine Induktionsheizwalzenvorrichtung mit beidseitiger Lagerung beschrieben, es ist jedoch auch möglich, die Erfindung auf eine Induktionsheizwalzenvorrichtung anzuwenden, bei der nur einer der Achsflansche an zwei Punkten gelagert ist. Ferner ist es auch möglich, dass die Erfindung auf eine als sogenannten Freiträger ausgebildete Induktionsheizwalzenvorrichtung angewendet wird.
Ferner kann der Kühlmechanismus eine Zerstäubungsvorrichtung zur Erzeugung von zerstäubtem Kühlmittel sowie ein mit der Zerstäubungsvorrichtung verbundenes Kühlmittelzuleitungsrohr zur Zuleitung von zerstäubtem Kühlmittel an den Zwischenraum umfassen, die mehrere Kühlmittelzufuhröffnungen aufweist, die entlang der axialen Richtung des im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraumes angeordnet sind, der zwischen dem Walzenkörper und dem. Induktionsheizmechanismus gebildet ist. Dabei kann der Gaszufuhrmechanismus unter Verwendung der Pressluftversorgungsschaltung und dem Kühlmittelzuleitungsrohr gebildet werden.
Weiterhin ist in der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt 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.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsheizwalzenvorrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. Dabei sind Elemente, die denen in der ersten bzw. zweiten Ausführungsform entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie in 12 dargestellt, umfasst die Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 dieser Ausführungsform ein Führungsteil G, das das von den stromabwärts gelegenen Öffnungen (Durchgangslöcher 61H) am in axialer Richtung stromaufwärtigen Ende des Zwischenraums in radialer Richtung fließende zerstäubte Kühlmittel in axialer Richtung des Zwischenraums stromabwärts leitet.
Dieses Führungsteil G ist gegenüber von den stromabwärts gelegenen Öffnungen (Durchgangslöcher 61H) am axialen Ende des Zwischenraums X (genauer gesagt am Verbindungsabschnitt zwischen dem Zwischenraum X1 und dem Zwischenraum X2) vorgesehen, wie in 13 und 14 gezeigt, und ist ein ringförmiges Blech mit einem im Wesentlichen bogenförmigen Querschnitt, welches über den gesamten Umfang des axialen Endes des Zwischenraums X vorgesehen ist.
Das Führungsteil G ist an der inneren Oberfläche des Achsflansches 41 befestigt, der am stromaufwärtigen Ende des Walzenkörpers 2 vorgesehen ist. Dabei ist das Führungsteil G mit Befestigungselementen T befestigt, welche hervorragende wärmedämmende Eigenschaften aufweisen. Mehrere Befestigungselemente T sind zwischen dem Führungsteil G und dem Achsflansch 41 vorgesehen, um die Wärmeisolierung zwischen Achsflansch 41 und Führungsteil G zu vergrößern, und das Führungsteil G und der Achsflansch 41 sind abschnittsweise gekoppelt. Die Befestigungselemente T sind äquidistant in umlaufender Richtung am Führungsteil G angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die Befestigungselemente T auch eine Ringform bilden können, und das Führungsteil G und der Achsflansch 41 über den gesamten Umfang aneinander befestigen können.
Ferner ist das Führungsteil G über eine wärmedämmende Schicht an der inneren umlaufenden Oberfläche in dem Walzenkörper 2 angeordnet, und in der vorliegenden Ausführungsform ist das Führungsteil G beabstandet von der inneren umlaufenden Oberfläche des Walzenkörpers 2 angeordnet, so dass als wärmedämmende Schicht eine Luftschicht AS zwischen beiden vorgesehen ist. Durch dieses Vorsehen der Luftschicht AS zwischen dem Führungsteil G und der inneren umlaufenden Oberfläche des Walzenkörpers 2 ist der Walzenkörper 2 weniger dem Einfluss von Wärme aufgrund der Temperatur des Führungsteils G ausgesetzt. Somit ist das Führungsteil G derart angeordnet, dass es nichts außer den Befestigungselementen T berührt.
Darüber hinaus ist das stromabwärtige Ende G1 des Führungsteils G auf im Wesentlichen derselben Höhe wie die in axialer Richtung stromaufwärtige Endfläche 3X des Induktionsheizmechanismus 3 (des zylindrischen Eisenkerns 31) oder auch weiter stromabwärts in axialer Richtung positioniert als diese. Somit kann das Führungsteil G nahezu das gesamte zerstäubte Kühlmittel, welches in radialer Richtung durch den Zwischenraum X2 fließt, aufnehmen und in die axialer Richtung umlenken, und es kann verhindert werden, dass das in radiale Richtung fließende zerstäubte Kühlmittel direkt mit der inneren umlaufenden Oberfläche des Walzenkörpers 2 kollidiert.
Effekt der dritten Ausführungsform
Mit der oben beschriebenen Induktionsheizwalzenvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das aus den im Kühlmittelzuleitungskanal 84 stromabwärts gelegenen Öffnungen (Durchgangslöcher 61H) in radialer Richtung fließende Kühlmittel durch das Führungsteil G in axialer Richtung des Zwischenraums X stromabwärts geleitet, so dass verhindert werden kann, dass das zerstäubte Kühlmittel mit der Innenseite am in axialer Richtung stromaufwärtigen Ende des Walzenkörpers 2 kollidiert und Tröpfchen bildet. Somit kann verhindert werden, dass das in axialer Richtung stromaufwärtige Ende des Walzenkörpers 2 lokal zu stark gekühlt wird. Ferner kann dadurch, dass mit dem Führungsteil G der Fluss des zerstäubten Kühlmittels von der radialen Richtung leicht in die axiale Richtung umgelenkt wird, das zerstäubte Kühlmittel effizient in die axiale Richtung des Zwischenraums gelenkt werden, und leicht den gesamten Zwischenraum X durchtreten.
Modifizierte Beispiele der dritten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene dritte Ausführungsform beschränkt.
Das Führungsteil G der dritten Ausführungsform ist ein ringförmiges Blech mit einem im Wesentlichen bogenförmigen Querschnitt, es kann jedoch auch ein ringförmiges Blech mit der Form eines Kegelstumpfes sein, wie in 15 gezeigt.
Ferner ist das Führungsteil G der dritten Ausführungsform mit separat vom Achsflansch 41 und vom Führungsteil G vorgesehenen Befestigungselementen T am Achsflansch 41 befestigt, alternativ dazu kann jedoch auch ein Befestigungsvorsprung 41T an der inneren Oberfläche des Achsflanschs 41 ausgebildet sein und das Führungsteil G kann an diesem Vorsprung 41 befestigt sein, wie in 16 dargestellt. Ferner kann auch in nicht näher dargestellter Weise am Führungsteil ein Befestigungsvorsprung ausgebildet sein, und dieser Vorsprung kann an der inneren Oberfläche des Achsflanschs befestigt sein. Es ist auch möglich den Achsflansch und das Führungsteil ohne Bildung eines Vorsprungs aneinander zu befestigen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktfläche zwischen Achsflansch und Führungsteil so klein wie möglich ist.
Ferner ist im dritten Ausführungsbeispiel das Führungsteil an der inneren Oberfläche des Achsflanschs befestigt, es ist jedoch auch möglich, das Führungsteil an der inneren umlaufenden Oberfläche des Walzenkörpers zu befestigen.
Weiterhin ist das Führungsteil separat vom Achsflansch und dem Walzenkörper vorgesehen, es ist jedoch auch möglich, das Führungsteil einstückig mit dem Achsflansch oder dem Walzenkörper vorzusehen.
Auch ist das Führungsteil nicht auf die Form eines ringförmigen Blechs beschränkt, und solange es eine gebogene oder teilweise konusförmige Führungsoberfläche aufweist, die den radialen Fluss des zerstäubten Kühlmittels in einen axialen Fluss umleiten kann, ist es auch möglich ein anderes Element als ein Blech zu verwenden.
Falls in der dritten Ausführungsform auf der einen Seite der Achsflansche ein Kühlmechanismus und auf der anderen Seite ein Drehtransformator vorgesehen ist, und ein Rotationsantriebsmechanismus an einem Ende der Achsflansche befestigt ist, dann kann dies die Anordnung verkomplizieren und die Anwendung erschweren. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Kühlmechanismus am selben Ende vorgesehen ist, wie der Drehtransformator.
In der dritten Ausführungsform wurde eine Induktionsheizwalzenvorrichtung mit beidseitiger Lagerung beschrieben, es ist jedoch auch möglich, eine Induktionsheizwalzenvorrichtung vorzusehen, bei der nur einer der Achsflansche an zwei Punkten gelagert ist. Ferner ist es auch möglich, dass die Erfindung auf eine als sogenannten Freiträger ausgebildete Induktionsheizwalzenvorrichtung angewendet wird.
Weiterhin ist in der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums eingeführt 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.
Ferner ist die Erfindung nicht auf das erste bis dritte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann selbstverständlich auf vielfältige Weise modifiziert werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Walzenkörper gekühlt werden, ohne am Walzenkörper einen rotierenden Dichtungsmechanismus vorzusehen, wobei Korrosion des Walzenkörpers unterdrückt wird.
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 statisch relativ zum Walzenkörper gehalten ist; und einen Kühlmechanismus, der eine Zerstäubungsvorrichtung zum Erzeugen eines zerstäubten Kühlmittels aufweist, wobei der Kühlmechanismus das zerstäubte Kühlmittel von einem axialen Ende her in einen im Wesentlichen zylindrischen Zwischenraum einführt, der zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist, und das Kühlmittel von einem axialen Ende des Zwischenraums aus dem Walzenkörper nach außen herausleitet.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmechanismus einen Kühlmittelzuleitungskanal aufweist, der im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, und der das aus der Zerstäubungsvorrichtung kommende zerstäubte Kühlmittel führt, wobei eine in diesem Kühlmittelzuleitungskanal stromabwärts gelegene Öffnung am axialen Ende des Zwischenraums angeordnet ist.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mehrere der im Kühlmittelzuleitungskanal stromabwärts gelegenen Öffnungen in radialer Richtung in der Lagerachse vorgesehen sind.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmechanismus einen Kühlmittelableitungskanal aufweist, um das Kühlmittel, das den Zwischenraum passiert hat, nach außen herauszuleiten, wobei der Kühlmittelableitungskanal im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, und wobei eine in diesem Kühlmittelableitungskanal stromaufwärts gelegene Öffnung am axialen Ende des Zwischenraums angeordnet ist.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 4, wobei in einem mit dem Kühlmittelableitungskanal in Verbindung stehenden Kühlmittelableitungsrohr eine Druckentlastungsvorrichtung zur Druckentlastung des Zwischenraums vorgesehen ist.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zerstäubungsvorrichtung lösbar außerhalb des Walzenkörpers vorgesehen ist.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Gaszufuhrmechanismus, der nach einem Anhalten der Zufuhr von zerstäubtem Kühlmittel Gas in das Innere des Zwischenraums zuführt, und das Kühlmittel im Inneren des Zwischenraums nach außen herausleitet.
Induktionsheizwalzenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmechanismus einen Kühlmittelzuleitungskanal aufweist, der im Inneren einer Lagerachse gebildet ist, die sich von beiden Enden des Induktionsheizmechanismus erstreckt, wobei eine stromabwärtsgelegene Öffnung des Kühlmittelzuleitungskanal in die äußere umlaufende Wand der Lagerachse mündet, und der Kühlmittelzuleitungskanal das zerstäubte Kühlmittel aus der Zerstäubungsvorrichtung in radialer Richtung am axialen Ende des Zwischenraums einführt, wobei die Induktionsheizwalzenvorrichtung ferner ein Führungsteil aufweist, das an einem axialen Ende des Zwischenraums vorgesehen ist, und das das zerstäubte Kühlmittel, das von der stromabwärts gelegenen Öffnung in radialer Richtung fließt, in die axiale Richtung des Zwischenraums stromabwärts führt.
Induktionsheizwalzenvorrichtung, aufweisend: einen drehbar gelagerten Walzenkörper; einen Induktionsheizmechanismus zum induktiven Erwärmen des Walzenkörpers, wobei der Induktionsheizmechanismus innerhalb des Walzenkörpers angeordnet ist; und einen Kühlmechanismus zum Kühlen des Walzenkörpers und des Induktionsheizmechanismus, wobei der Kühlmechanismus Folgendes aufweist: eine Zerstäubungsvorrichtung zum Erzeugen eines zerstäubten Kühlmittels; und ein Kühlmittelzuleitungsrohr, welches mit der Zerstäubungsvorrichtung verbunden ist, welches mehrere Kühlmittelzufuhröffnungen aufweist, die entlang der axialen Richtung eines zylindrischen Zwischenraums, der zwischen dem Walzenkörper und dem Induktionsheizmechanismus ausgebildet ist, vorgesehen sind, und welches dem Zwischenraum das zerstäubte Kühlmittel zuführt.