DE2037817A1

DE2037817A1 - Induktions Heizvorrichtung fur einen rotierenden Godet

Info

Publication number: DE2037817A1
Application number: DE19702037817
Authority: DE
Inventors: Maurice Wesley Tankersley III Jerome Benedict S W Roanoke Va Cannon (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-08-20
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1971-03-18
Also published as: GB1296478A; US3562472A; FR2057966A5; CH522346A; JPS4930777B1; DE2037817B2; DE2037817C3

Description

Induktions-Heizvorrichtung für einen rotierenden Godet

Die Erfindung betrifft eine elektrische Induktions-Heizvorrichtung zum Einsetzen in einen rotierenden Godet bzw. eine Rolle.

Bei der Bearbeitung von Synthetikfasern wird diesen Wärme zugeführt, indem sie über einen rotierenden "Godet" oder eine erwärmte Rolle geführt und mit dieser in Berührung gebracht werden. Der Godet wird normalerweise elektrisch erwärmt. Es wurden zwar auch Widerstands-Heizelemente verwendet, aber induktive Heizelemente sind aufgrund ihrer besseren Steuerungscharakteristiken bei der Erhitzung bevorzugt.

Induktions-Heizelemente weisen normalerweise einen Kern aus magnetisierbarem Material oder Metall, wie z. B. Eisen, das zu einem "H" oder einem "U" geformt ist, und eine Wicklung auf, die mit Wechselstrom gespeist wird, um in den das Heizelement umgebenden Wandungen des Godets eine Hysterese und

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Wirbelströme zu erzeugen. Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in den US-Patenten 2 541 416 und 3 200 230 beschrieben. Die Enden oder Pole der Kernstruktur werden sehr nahe an der inneren Seitenfläche des Godets angeordnet, der axial um das Heizelement herumgedreht wird, um die Synthetikfasern über die äußere Seitenfläche des Godets zu transportieren und um dazu beizutragen, daß eine gleichförmige Erwärmung des Godets erhalten wird.

Die bekannten Induktions-Heizelemente der oben beschriebenen Art weisen zwei wesentliche Nachteile auf. Dies sind einerseits die unerwünschte Induktionserwärmung der Kernstruktur selbst und andererseits die durch Magnetismus bedingte Bremswirkung zwischen dem rotieren Godet und der Kernstruktur. In einigen Fällen wurde festgestellt _s daß die doppelte Energie erforderlich ist, um den Godet zu drehen, wenn die Heizwicklung gespeist ist, im Vergleich zu dem Zustand, in dem diese nicht gespeist ist.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Induktions-Heizvorrichtung für einen rotierenden Godet oder eine ähnliche Vorrichtung zu schaffen, in der der Kern nicht durch Induktion erwärmt wird und in der die magnetische Bremswirkung zwischen dem Kern und dem rotierenden Godet vermieden ist. Ferner beinhaltet die Erfindung eine Heizvorrichtung, die unter Verwendung der gleichen Grundbauteile in verschiedenen Größen und mit verschiedenen Kapazitäten hergestellt werden kann.

Diese Aufgaben werden bei einer elektrischen Induktions-Heizvorrichtung zum Einsetzen in einen rotierenden Godet erfindungsgemäß durch einen hohlen Spulenkörper mit einem zentralen Kern aus lamellenartigen Schichten, die radial zum Kern verlaufen, einen entsprechenden, hohlen, lamellierten Flansch auf jedem Ende des Kerns , wobei die lamellenartigen Schichten der Flansche quer zum Kern verlaufen und jeder Flansch in Umfangsrichtung durch einen Schlitz unterbrochen ist, und eine

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zwischen den Planschen auf dem Kern angeordnete Wicklung gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert .

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer verbesserten Induktions-Heizvorrichtung, in der einige Teile aufgebrochen dargestellt sind und die in gestrichelten Linien die Phantom-Außenlinie eines die Heizvorrich- " tung umgebenden Godets zeigt.

Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung nach einem Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und zeigt die einzigartigen radialen Lamellenschichten der zentralen Komponente der Kernstruktur der Heizvorrichtung.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisch einen Kern mit vier ausgeprägten Polen und den Flußverlauf an und zwischen diesen Polen.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisch M eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit nicht unterbrochenen Flanschteilen.

In Fig. 1 ist eine Induktions-Heizvorrichtung mit einem Spulenkörper dargestellt, der einen zentralen Kernteil 10 mit einem Flansch 12 aufweist;, der an den Kernteil 10 angebracht ist und ein Ende des Kernteiles 10 überdeckt, wie es bei 11 angegeben ist, wodurch ein Einsatz des Flansches 12 gebildet ist. Eine ähnliche Anordnung ist am anderen Ende des Kernteiles 10 bezüglich des Flansches 13 vorgesehen, wobei dieses Merkmal hier auch durch die Dickenunterschiede/Flansches 13 bei 16 und 16a dargestellt ist.

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Der Kernteil 10 ist aus lamellenartigen Elementen 10a aufgebaut, die innerhalb der Einsätze (s. bei 11 am Flansch 12) der Flansche 12 und 13 angeordnet sind, wobei die lamellenartigen Elemente 10a von Hohlstäben 15 und 15a durchsetzt sind. Durch diese führen Schrauben.14 von den Flanschen hindurch, um diese mit dem Kernteil 10 zu verbinden. Die lamellenartigen Elemente 10a (s. auch Fig. 2) sind mit gestanzten Vorsprüngen oder Knoten 19 versehen, um für eine radiale Schichtung dieser Elemente innerhalb der Einsätze der Flansche 12 und 13 zu sorgen. Ferner ist jedes Element 10a mit einer Isolierschicht überzogen. Zwischen den Flanschen 12 und 13 ist um den Kernteil 10 herum eine Wicklung l8 vorgesehen, deren Zuleitungen beispielsweise durch den Hohlstab 15 herausgeführt sind (nicht gezeigt).

Die Flansche 12 und 13 sind jeweils aus zahlreichen dünnen, kreisförmigen Scheiben gebildet. Jede dieser Scheiben ist vorher mit einer Isolation überzogen, und die Scheiben eines Flansches werden beispielsweise durch Nieten 22 zusammengehalten. Jeder Flansch weist weiterhin einen querverlaufenden Schlitz 17 auf, wie er in Fig. 1 in dem Flansch 13 dargestellt ist, um den Flansch in Umfangsrichtung zu unterbrechen. Der isolierende überzug auf den lamellenartigen Elementen 10a und den die Flansche 12 und 13 bildenden Scheiben verhindert zusammen mit dem Schlitz 17 in jedem Flansch, daß sich in dem Kern 10 und den Flanschen 12 und 13 induzierte Ströme aufbauen, so daß Hysterese- und Wirbelstromverluste in der Heizvorrichtung auf einem Minimum gehalten sind.

Obwohl frühere Erwärmungsrollen, wie sie in dem US Patent 607 093 beschrieben sind, die Heizvorrichtung und die Rolle zusammen drehten, werden neuzeitige, durch Induktion erwärmte Rollen normalerweise von einer feststehenden -Induktions-Heizvorrichtung erwärmt, um die ein Godet umläuft oder gedreht wird, SD daß keine starken Ströme durch Schleifringe übertragen werden müssen, wie es in der oben beschriebenen

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Patentschrift der Pall ist.

Wie bereits erwähnt, verwenden die Induktions-Heizvorrichtungen meir.sens Kerne mit H- oder U-Formen oder ähnliche Konstruktionen, bei denen die Kernenden in großer Nähe mit der Wandungkles Godets zusammenwirken. In Fig. 3 ist ein Kern Cl dargestellt, der eine Wicklung Wl und vier Pole an jedem Kernende aufweist, die die Kernanordnungen Pl und P2 darstellen. Ferner ist ein Zylinder CYl aus magnetischem Material, ähnlich einer Erwärmungsrolle oder einem Godet, dargestellt, der sich im Gegenuhrzeigersinn um den Kern Cl und die Polanordnungen Pl " und P2 herumdreht.

Wenn nun der Wicklung Wl ein Strom zugeführt wird, so wird selbstverständlich in der Wandung des Zylinders CYl ein Strom induziert. Da jedoch der Zylinder rotiert, fließen in einem bestimmten Augenblick die Kraftlinien von der Spitze des Nordpoles des Flansches Pl in die Wandung des Zylinders CYl (s. gestrichelte Linie) und somit zur entsprechenden Südpolspitze des Flansches P2. Es sei darauf hingewiesen, daß die Flußlinie FLl beim Verlassen des Nordpoles des Flansches Pl scharf im Winkel 0. gebogen wird, und auf ähnliche Weise wird sie bei der Rückkehr zum Südpol des Flansches P2 unter einem J Winkel.$2 gebogen. Dieser Effekt ist als magnetische Bremswirkung (magnetic drag) bekannt, und in einigen Fällen hat ihre Gesamtwirkung dazu geführt, daß die erforderliche Energie, um den Godet bei gespeister Heizvorrichtung zu drehen, um 100 % erhöht werden muß.

Die magnetische Bremswirkung wird noch besser verständlich durch die strichpunktierten Linien in Efe. 3. Beispielsweise stellt fIL eine Stromschleife dar, die durch den den Nordpol der PoIaanordnung Pl verlassenden Fluß erzeugt ist, fN_? ist eine weitere otromschleife, die durch den einen weiteren Nordpol der Polanordnunp; Pl verlassenden Fluß erzeugt istj und f.J. stellt eine Stromschleife dar, die durch den zu einem Südpol der Polanordnung V?. zurückkehrenden Fluß entsteht. Diese Stromschleifen

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werden im Mantel des Godets oder dem Zylinder CYl hervorgerufen und der Godet muß bei der Rotation die Bremskräfte aller dieser Stromkreise überwinden. Beispielsweise würden in Fig. acht verschiedene Schleifen bestehen, nämlich vier durch die Nordpole und vier durch die Südpole.

Es ist zu bemerken, daß der Umfangsabstand k zwischen den jeweiligen benachbarten Nord- oder Südpolen, wenn er genügend verkleinert würde, damit sich die entsprechenden Stromschleifen dieser Pole leicht überlappen, zu einer Unterdrückung dieser Ströme führen wüde, da sie in jedem Moment entgegengesetzt gerichtet sind. Folglich würde die magnetische Bremswirkung vermieden werden.

Die vorliegende Erfindung hat jedoch das Problem der magnetischen Bremswirkung dadurch gelöst, daß.an jedem Ende des Kernes der Induktions-Heizvorrichtung Flansche vorgesehen sind, die zusammenhängend bzw. nicht unterbrochen sind. Das bedeutet mit anderen Worten, daß sich die Polfläche, die sich der Wandung des Godets bei der Rotation darbietet, nicht verändert bzw. stetig ist und sich die entgegengesetzt gerichteten Stromschleifen automatisch gegeneinander aufheben. In Fig. 4 ist dieses Merkmal verdeutlicht. Diese Figur zeigt nicht unterbrochene Flansche Dl und D2, die an einem Kern C2 angebracht sind, der eine Wicklung W2 aufweist und mit einem Zylinder CY2 zusammenwirkt. In einer derartigen Induktions-Heizvorrichtung ist die magnetische Bremswirkung insgesamt nahezu eliminiert, da beispielsweise eine Flußlinie FL2 lediglich unter einem kleinen Winkel 0 abgeschrägt ist, anstatt daß sie um einen wesentlichen Bereich abgelenkt ist, wie es bei der oben anhand von Fig. 3 erörterten Anordnung der Fall ist.

Obwohl die Form der Heizvorrichtung und des Godets gemäß der in Fig. 3 gezeigten Anordnung hinsichtlich der Drehzahl, Rollenlänge und Polzahl angepaßt werden kann, um die magnetische Bremswirkung herabzusetzen, so würde dadurch trotzdem die

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Flexibilität und die Verschiedenartigkeit in der Verwendung und Steuerung geopfert. Demgegenüber bedeutet die einfache Ausführung gemäß Fig. 4 nicht nur in wirtschaftlicher Hinsicht eine gewaltige Verbesserung der universalen Betriebseigenschaften, sondern sie ist auch viel einfacher zu gestalten und herzustellen.

Aus Fig. 1 geht auch hervor, daß die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung sehr vielgestaltig ausgeführt werden kann, indem einfach Bauteile entsprechend den bereits beschriebenen hergestellt werden, wie beispielsweise Kernteile 10 und Flansche 12, und diese dann in unterschiedlichen Längen zusammengebaut werden; d. h. der Kernteil 10 kann in unterschiedlichen Längen hergestellt und mit üblichen Flanschen 12 oder Flanschen 13 verwendet werden, die identisch sind. Die Einsatzabschnitte der Flansche 12 und erlauben eine derartige Flexibilität, indem einfach längere Hohlstäbe 15 und 15a zusammen mit längeren Schrauben lh verwendet werden.

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Claims

Ansprüche

Elektrische Induktions-Heizvorrichtung zum Einsetzen in einen rotierenden Godet, gekennzeichnet durch einen hohlen Spulenkörper mit einem zentralen Kern (10) aus lamellenartigen Schichten (10a), die radial zum Kern verlaufen, einen entsprechenden hohlen, lameliierten Plansch (12, 13) auf jedem Ende des Kerns (10), wobei die lamellenartigen Schichten der Plansche (12, 13) quer zum Kern (10) verlaufen und jeder Plansch in Umfangsrichtung durch einen Schlitz (17) unterbrochen ist, und eine zwischen den Planschen (12, 13) auf dem Kern (10) angeordnete Wicklung (18).
2. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 1", dadurch gekennzeichnet , daß die radialen lamellenartigen Schichten (10a) am Außenumfang des Kernes (10) weiter voneinander entfernt sind als am Innenumfang des Kernes.
3. Induktions-Heivorrichtung nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den radialen, lamellenartigen Schichten (10a) durch Knoten (19) gebildet ist, die nahe der Außenränder dieser lamellenartigen Schichten ausgebildet sind.
4. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Hohlstäbe (15), die die lamellenartigen Schichten (10a) des Kernes (10) durchsetzen und sich zwischen den Planschen (12, 13) erstrecken, und Gewindeschrauben (14) in diesen Hohlstäben (15) vorgesehen sind, die sich über die Flansche (12, 13) hinaus erstrekken, so daß die Flansche mit dem Kern verbindbar sind.
5. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenflächen der Stirnflansche (12, 13) kreisförmige, konzentrische Einsätze

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(bei 11) aufweisen, die dem Außendurchmesser des Kernes (10) entsprechen und in die die Kernenden einsetzbar sind.

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