DE19516882A1 - Beheizbare Walze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beheizbare Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine solche Walze ist aus einer Firmenschrift der japa­ nischen Firma Tokuden bekannt. Hierbei ist im Innern der Walze koaxial zu deren Achse eine Spulenanordnung vorgese­ hen, die den Walzenkörper induktiv von innen aufheizt. Radi­ al außerhalb der Spulenanordnung sind in dem Walzenkörper zur Achse parallele Bohrungen, die teilweise mit Wasser gefüllt sind, weil dieses die größte Verdampfungswärme und damit bei der Kondensation die größte Temperaturanglei­ chungswirkung hat. An den Enden sind die Bohrungen jeweils einzeln druckfest verschlossen. Tritt in Betrieb an einer Stelle einer Bohrung eine Temperaturerniedrigung ein, kon­ densiert dort der in den vom Wasser nicht gefüllten freien Raum der Hohlkammer befindliche Dampf und bewirkt eine Kon­ densationsaufheizung, die die betreffende Stelle sogleich wieder auf die in der Umgebung vorliegende Temperatur bringt. Es ist also ein selbsttätiger Temperaturausgleich über die Oberfläche des Walzenkörper gegeben.

Die länglichen Kanäle sind mit bekannten Mitteln im Walzenkörper mit relativ geringem Aufwand herstellbar und belassen den Walzenkörper in seiner Stabilität im wesentli­ chen unversehrt. Der Ausdruck "länglicher Kanal" soll besa­ gen, daß es auf den Querschnitt nicht ankommt und daß es sich um Kanäle von einer einem Vielfachen, z. B. 20- bis 150fachen, der Querschnittsabmessung betragenden Länge handelt. In der Praxis handelt es sich um nahe dem äußeren Umfang des Walzenkörpers in diesen eingebrachte sogenannte periphere Bohrungen.

Achsparallele Bohrungen sind im Zusammenhang mit der Beheizung von Walzen seit langem bekannt, z. B. aus dem DE-GM 90 14 117, wo sie allerdings kein geschlossenes System bil­ den, sondern von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden, die außerhalb der Walze aufgeheizt und umgepumpt wird. Bei der DE 40 33 986 A1 sind in den peripheren Bohrun­ gen stabförmige elektrische Heizelemente angeordnet.

Die länglichen Kanäle müssen bei der gattungsgemäßen Ausführungsform einzeln bis zu einem gewissen Grad mit Was­ ser gefüllt und dann druckdicht verschlossen werden. Außer­ dem müssen die Kanäle nach dem Befüllen mit Wasser evakuiert werden, da sich sonst in den Kanälen Luftpfropfen bilden, die das Kondensieren des Dampfes behindern. Wegen der Not­ wendigkeit der Evakuierung kommt nur ein Einzelverschluß der Kanäle durch Zuschweißen oder Schraubstopfen in Betracht. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand, der während der Lebensdauer der Walze unter Umständen mehrfach zu leisten ist, denn wenn die Walze zum Beispiel neu graviert werden muß, muß sie an der Oberfläche wärmebehandelt werden, was ein Entleeren der achsparallelen Kanäle und danach eine erneute Befüllung mit genau abgemessenen Wassermengen und anschließender Evakuierung erforderlich macht. Wenn die Wassermengen in den einzelnen achsparallelen Kanälen nicht übereinstimmen, ist die Wirksamkeit der Kondensationsbehei­ zung bei den einzelnen Kanälen über den Umfang des Walzen­ körpers gesehen nicht gleichmäßig, so daß hierauf einige Mühe zu verwenden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Walze so auszugestalten, daß ihre Eigenschaften im Betrieb verbessert und der Aufwand bei der Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergege­ bene Erfindung gelöst.

Die über den Umfang verteilten werden durch die Ring­ kammer miteinander verbunden. Im Betrieb findet dadurch ein selbsttätiger Ausgleich der in den einzelnen Kanälen befind­ lichen Wassermengen und damit eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung über den Umfang statt. Die Ringkammer bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit, mit nur einem Zugangskanal sämtliche achsparallelen Kanäle zugleich befül­ len und entleeren sowie in der Gesamtheit der Kanäle ein Vakuum erzeugen zu können. Es bedarf also nicht mehr der Einzelbefüllung der Kanäle unter Beachtung gleicher Wasser­ mengen, sondern es muß nur noch eine einzige Wassermenge an einer Stelle zugeführt oder abgelassen werden. Auch ist es ein wesentlicher Vorteil, daß nur an dieser einen Stelle, nämlich an dem Zugangskanal der Verschluß der Gesamtheit der achsparallelen Kanäle zu einem geschlossenen System erfolgt.

Ringkammern, in die achsparallele Kanäle münden, sind für sich genommen aus der DE 33 26 746 A1 und der DE 38 38 726 A1 bekannt. Die bekannten Ausführungsformen haben jedoch kein geschlossenes Kanalsystem, sondern es werden die achs­ parallelen Kanäle von einer Wärmeträgerflüssigkeit durch­ strömt.

Die Kanäle sind zweckmäßig gemäß Anspruch 2 ausgebil­ det.

Der Zugangskanal kann gemäß Anspruch 3 durch einen Achszapfen der Walze verlaufen und gemäß Anspruch 4 in der Stirnseite des Achszapfens münden, wo er durch eine End­ scheibe druckfest verschließbar ist.

Gemäß Anspruch 5 kann die Endscheibe einen verschließ­ baren Anschluß aufweisen, der über einen in der Endscheibe ausgebildeten Anschlußkanal mit dem Zugangskanal in dem Wal­ zenzapfen in Verbindung steht.

Ein weiterer Vorteil der Ringkammeranordnung besteht darin, daß sämtliche achsparallelen Kanäle gleichzeitig durch eine einzelne Überdrucksicherung abgesichert werden können, die insbesondere in der in Anspruch 7 wiedergegebe­ nen Weise ausgebildet und angebracht sein kann.

Um nach dem Evakuieren der teilweise mit Wasser gefüll­ ten Kanäle das Vakuum halten zu können, ist die Anordnung eines Vakuumrückschlagventils nach Anspruch 8 zweckmäßig.

Auf diese Weise kann an dem Anschluß evakuiert werden und wird das Vakuum gehalten, wenn die Vakuumpumpe von dem Anschluß abgenommen wird. Das Vakuum wird gehalten, während das Überdruckventil in den Anschluß eingesetzt, im allgemei­ nen eingeschraubt wird. Wenn der Druck in den achsparallelen Kanälen durch eine Temperatursteigerung ansteigt, gibt das Vakuumrückschlagventil den Weg frei und wird der Druck durch das Überdruckventil abgefangen.

Die erste Hohlraumanordnung, die die Heizeinrichtung aufnimmt, kann prinzipiell ebenfalls eine Anordnung von achsparallelen Bohrungen des Walzenkörpers sein, die radial innerhalb der zweiten Hohlraumanordnung vorgesehen ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 9 umfaßt die erste Hohlraumanordnung jedoch einen einzelnen zur Achse koaxialen Hohlraum.

Die Heizeinrichtung kann in einer ersten Alternative ein den Walzenkörper der Länge nach durchströmendes Wärme­ trägermedium umfassen (Anspruch 10), welches in dem schon erwähnten einzelnen jüngeren achsparallelen Bohrungen oder in dem einzelnen gültigen Hohlraum geführt ist, sei es in einem besonderen Heizkörper, sei es daß es den mittigen Hohlraum ganz ausfüllt.

Gemäß Anspruch 11 kann die Heizeinrichtung aber auch eine elektrische Heizvorrichtung umfassen, beispielsweise in Gestalt elektrischer Widerstandsheizstäbe (Anspruch 12) oder einer Induktionsheizvorrichtung (Anspruch 13).

Wenn die Heizvorrichtungen in dem einzelnen zur Achse koaxialen mittigen Hohlraum angeordnet sind, können sie mit dem Walzenkörper umlaufen und über mindestens einen Dreh­ anschluß mit Energie versorgbar sein (Anspruch 14), wie es für sich genommen für widerstandsbeheizte Strahlungsheizkör­ per aus dem Aufsatz von Wagner "Die elektrische Walzenhei­ zung" in "die elektrische Ausrüstung" (Vogel-Verlag Würz­ burg) Nr. 2 vom 20. April 1966 beschrieben ist.

Gemäß Anspruch 15 ist es aber auch möglich, daß die Heizeinrichtung undrehbar angeordnet ist, was den Drehan­ schluß erspart, und in dem koaxialen mittigen Hohlraum dreh­ gelagert ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen durch die Achse gehenden Längs­ schnitt durch eine beheizte Walze;

Fig. 2 ist eine Teilquerschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Die als Ganzes mit 100 bezeichnete Walze umfaßt einen zylindrischen Walzenkörper 10 aus Stahl mit einem arbeiten­ den Walzenumfang 1 und einer Achse 2, der an den beiden Enden auf einen geringeren Durchmesser abgesetzte nach außen vorstehende Walzenzapfen 3 besitzt, auf denen Lager 4 zur Lagerung der Walze 100 in einem Maschinengestell oder der­ gleichen angeordnet sind. Der Walzenkörper 10 enthält als erste Hohlraumanordnung H₁ einen einzelnen zur Achse 2 koa­ xialen zylindrischen inneren Hohlraum 5, in welchem eine als Ganzes mit 20 bezeichnete elektrische Heizvorrichtung an­ geordnet ist. Die Heizvorrichtung 20 umfaßt mehrere, z. B. sechs oder acht, auf einem Teilkreis über den Umfang gleich­ mäßig verteilte achsparallele elektrische Widerstandsheiz­ stäbe 21, die mittels in in axialen Abständen angeordneter Haltescheiben 22 in ihrer gegenseitigen Anordnung abgestützt sind und an dem in der Zeichnung linken Ende eine Endscheibe 6 der Walze 100 durchsetzen, an deren Außenseite eine Schleifringanordnung 14 vorgesehen ist, durch die der Strom zur Beheizung der Heizelemente 21 einleitbar ist. Die Heiz­ vorrichtung 20 bildet eine in sich geschlossene Baueinheit, die nach dem Lösen der Endscheibe 6 nach links aus der Walze 100 herausgezogen werden kann, z. B. falls einzelne Heizstäbe 21 defekt sind und ausgewechselt werden müssen.

Die Heizvorrichtung 20 heizt durch Strahlung die Um­ fangsfläche des Hohlraums 5 auf. Die Wärme wird durch Lei­ tung radial nach außen transportiert und am Außenumfang 1 der Walze 100 auf die zu bearbeitende Warenbahn übertragen. Angestrebt ist eine möglichst gleichmäßige Temperaturver­ teilung am Außenumfang 1, in erster Linie in Längsrichtung der Walze 100, aber auch in Umfangsrichtung.

Die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung kann ge­ stört werden, wenn entweder die Heizstäbe 21 ungleichmäßig arbeiten oder die Warenbahn ungleichmäßige Wärmemengen ab­ nimmt, beispielsweise durch ungleichmäßige Feuchtegehalte.

Um der Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung ent­ gegenzuwirken, ist in dem Walzenkörper 10 radial außerhalb des Hohlraums 5 eine zweite Hohlraumanordnung H₂ in Gestalt über den Umfang gleichmäßig verteilter, auf einem Teilkreis angeordneter, gleichen Durchmesser aufweisender achsparalle­ ler Bohrungen 30 vorgesehen, die in dem Ausführungsbeispiel etwa um den Betrag ihres Durchmessers innerhalb des Außen­ umfangs 1 gelegen sind und auch in Umfangsrichtung einen entsprechenden lichten Abstand voneinander belassen.

In der Nähe der Enden des zylindrischen Walzenumfangs 1 sind die Bohrungen 30 durch Ringkammern 31 miteinander ver­ bunden, die sich in einer zur Achse 2 senkrechten Ebene erstrecken und in dem Ausführungsbeispiel in einer durch die Achse 2 gehenden Schnittebene einen Rechteckquerschnitt auf­ weisen, wobei sich die den Bohrungen 30 benachbarte Flanke radial sowohl nach innen als auch nach außen etwas über die Begrenzungen der Bohrungen 30 hinaus erstreckt, so daß deren Querschnitt von den Ringkammern 31 überdeckt ist.

Die in Fig. 1 rechte Ringkammer 31 besitzt einen Zu­ gangskanal 16, der sich durch den Achszapfen 3 hindurcher­ streckt und an der Stirnseite 15 des Achszapfens 3 bei 16′ ausmündet.

Die Stirnseite 15 ist von einer Deckscheibe 7 über­ deckt, in der ein Anschlußkanal 19 ausgebildet ist, der an der der Stelle 16′ gegenüberliegenden Stelle 19′ ausmündet und auf diese Weise mit dem Zugangskanal 16 in Verbindung steht. Anderenends mündet der Anschlußkanal 19 in einen Anschluß 18, der in dem Ausführungsbeispiel als zu der Achse gleichachsige Gewindebohrung ausgebildet ist. In die Gewin­ debohrung ist in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand eine Über­ drucksicherung 33 mit einer Berstscheibe eingeschraubt, die das Gesamtsystem der Kanäle 30 und Ringkammern 31 nach außen hin abschließt.

Innenseitig der Überdrucksicherung 33 bzw. des An­ schlusses 18 ist ein in Fig. 1 nur schematisch angedeutetes Vakuumrückschlagventil 23 vorgesehen, welches nach außen öffnet.

Der Anschluß 18 dient auch zum Befüllen und Entleeren des Systems mit dem Wasser 8 sowie zum Evakuieren des Sy­ stems, nachdem das Wasser eingefüllt ist. Der Vakuumanschluß wird nach dem Evakuieren aus dem Anschluß 18 herausge­ schraubt, worauf das Vakuumrückschlagventil 23 das Vakuum aufrechterhält. Es kann sodann die Überdrucksicherung 33 eingeschraubt werden.

Die Bohrungen 30 und die Ringkammern 31 bilden ein geschlossenes teilweise mit Wasser gefülltes System, in welchem der Druck entsprechend der an den Stellen der Boh­ rungen 30 herrschenden Temperatur ansteigt. Im Betrieb, wenn also die Walze 100 mit erheblicher Geschwindigkeit umläuft, legt sich das Wasser 8 unter der Wirkung der Zentrifugal­ kraft gegen die äußere Begrenzung der Bohrungen 30 und bil­ det einen zylindrischen inneren Spiegel 9. Sobald an einer Stelle der inneren, von dem Wasser freien Begrenzung der Bohrung 30 einen niedrigere Temperatur auftritt, kondensiert dort der Wasserdampf und zieht die Temperatur an der betref­ fenden Stelle wieder hoch. Das Wasser 8 in den teilweise gefüllten Bohrungen 30 wirkt also als selbsttätiger Temperaturausgleich.

Die Temperatur des Wassers 8 kann durch einen Thermo­ fühler 11, der bei laufender Walze radial außerhalb des inneren Spiegels 9 des Wassers 8 und somit in dem Wasser gelegen ist, erfaßt werden, dessen Signal über eine Stecker­ verbindung 12 einen der Schleifringe der Schleifringanord­ nung 7 zugeleitet wird.

In der Zeichnung sind zwei Modifikationen gestrichelt angedeutet. In der oberen Hälfte sind als alternative erste Hohlraumanordnung H₁ radial mit Abstand innerhalb der Boh­ rungen 30 gelegene achsparallele, über den Umfang verteilte Bohrungen 13 möglich, durch die in an sich bekannter Weise gegebenenfalls in mäanderförmiger Flüssigkeitsführung ein Wärmeträgermedium hindurchleitbar ist. Diese Art der Behei­ zung kann die Heizvorrichtung 20 ersetzen. Die andere Modi­ fikation beinhaltet eine im Arbeitsbereich des Walzenumfangs 1 vorhandene zur Achse 2 koaxiale zylindrische Erweiterung 5, des zentralen Hohlraums 5, der in diesem Bereich die Wandstärke des Walzenkörpers 10 verringert, so daß die auf den Innenumfang des Walzenkörpers 10 aufgebrachte Wärme nunmehr eine geringere radiale Strecke durch Leitung trans­ portiert werden muß.

Claims (15)

1. Beheizbare Walze (100) mit einem um seine Achse (2) umlaufenden zylindrischen Walzenkörper (10), dessen Außenumfang (1) den arbeitenden Walzenumfang bildet und der eine erste innere Hohlraumanordnung aufweist,
mit einer in der ersten Hohlraumanordnung (H₁) über die Länge der Walze (100) in deren Längsrichtung mindestens über die Arbeitsbreite der Walze (100) sich erstreckenden Heiz­ anordnung,
und mit einer in dem Walzenkörper (10) radial außerhalb der ersten Hohlraumanordnung vorgesehenen geschlossenen zweiten Hohlraumanordnung (H₂) in Gestalt mehrerer über den Umfang des Walzenkörpers (10) gleichmäßig verteilter, läng­ licher an den Enden geschlossener achsparalleler Kanäle, die teilweise mit einer bei der durch die Heizvorrichtung er­ zeugten Temperatur verdampfenden Flüssigkeit gefüllt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Kanäle an mindestens einem Ende durch eine Ringkammer (31) miteinander verbunden sind, die einen verschließbaren separaten, von außen erreichbaren Zugangskanal (16) aufweist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (31) radial den Querschnitt der stabförmigen Ausnehmungen überdeckt.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Walzenkörper (10) an den Enden achsgleiche Achszapfen (3) aufweist und sich der Zugangskanal (16) durch die Wandung (17) eines Achszapfens (3) hindurcherstreckt und im Bereich des Endes des Achszapfens (3) ausmündet.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugangskanal (16) in der Stirnseite (15) des Achszapfens (15) ausmündet und die Stirnseite (15) an einer Endscheibe (7) überdeckt ist, mittels derer der Zugangskanal (16) dreh­ fest verschließbar ist.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endscheibe (7) ein verschließbarer Anschluß (18) ausgebildet ist, der über einen in der Endscheibe (7) ausge­ bildeten Anschlußkanal (19) mit dem Zugangskanal (17) in Verbindung steht.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (31) gegen das Auftreten von zu hohen Drücken gesichert ist.

7. Walze nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Anschluß (18) eine diesen verschließende Überdrucksicherung (33) mit Berstscheibe eingesetzt ist.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anschlußkanal (19) innenseitig des Überdruckventils (33) ein Vakuumrückschlagventil (23) angeordnet ist.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hohlraumanordnung (H₁) einen einzelnen zur Achse (2) koaxialen Hohlraum (5) umfaßt.

10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein den Walzenkörper (10) der Länge nach durchströmendes Wärmeträgermedium um­ faßt.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine elektrische Heizvorrichtung umfaßt.

12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,, daß die Heizeinrichtung elektrische Widerstandsheizstäbe (21) umfaßt.

13. Walze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Induktionseinrichtung ist.

14. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (20) mit dem Walzen­ körper (10) umläuft und über mindestens einen Drehanschluß (14) mit Energie versorgbar ist.

15. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung undrehbar angeordnet und in der Hohlwalze (5) drehgelagert ist.