DE2234301A1

DE2234301A1 - Beheizte rolle

Info

Publication number: DE2234301A1
Application number: DE2234301A
Authority: DE
Inventors: Morris H Brogden; Robert L Geronime
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1971-07-13
Filing date: 1972-07-12
Publication date: 1973-02-01
Also published as: US3772492A; GB1378699A; CH555124A

Description

Beheizte Rolle

Die Erfindung betrifft eine beheizte Rolle mit einer Antriebswelle und einer inneren Kammer, in der eine Heiz -einrichtung unter Abstand von dem Mantel der Rolle angeordnet ist.

Die beheizte Rolle ist insbesondere für verfahrenstechnische Anlagen bestimmt und soll bei der Herstellung und Verarbeitung von Fasern uοdglα Anwendung finden.

In der Verfahrenstechnik 1st es bekannt, umlaufende Rollenr duroh Induktionswärme zu beheizen. Die britische Patentschrift 858 855 zeigt beispielsweise durch Induktionswärme beheizte Rollenanordnungen unter Verwendung einer Statorwicklung; die Kraftlinienwege in Achsrichtung der umlaufenden Rolle zu deren Erwärmung liefert.

Wenn die Heizeinrichtung mit einem Temperaturfühler zur Steuerung der Heizeinrichtung versehen ist, besteht die

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Möglichkeit, die Rolle sehr zufriedenstellend zu beheizen und eine gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten, so daß die Anlage schnell anspricht und wirksam arbeitet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es erforderlich und wünschenswert ist, die Wärme an verschiedenen Stellen der Holle unterschiedlich zu verteilen, so daß auf der nach außen weisenden Oberfläche der Rolle über deren Länge verteilt ein gleichmäßiger Temperaturgradient erreicht wird»

Zwei Verfahren zur gleichmäßigen Wärmeverteilung sind in den US-Patentschriften 3 412 228 und 3 412 229 beschrieben. Die US-Patentschrift 3 412 229 zeigt ein leitendes System aus zwei Zusatzringen, die in axialer Richtung der Rolle unter einem Abstand angeordnet sind. Pie US-Patentschrift 3 412 228 zeigt einen leitenden Schild innerhalb der Rolle, der über die Länge der Rolle unterschiedliche Stärken aufweist, wodurch die an verschiedenen Stellen der Rolle induktiv erzeugte Wärme verändert wird. Diese US-Patentschriften geben zwar eine Lösung zur Erzielung eines gewünschten Temperaturgradienten an, sind jedoch vom fertigungstechnischen Standpunkt her unzweckmäßig, da sie die Probleme der Fertigung vermehren und die Herstellungskosten erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die genannten Nachteile auszuschalten.

Dieses wird erfindungsgemäö bei der eingangs näher erläuterten Roll» dadurch erreicht, daß ein Schild aus leitenden Material innerhalb der Rolle gegenüber dieser wärmeleitend angeordnet ist und daß mehrere Öffnungen in dem Schild derart ausgebildet sind, daß sie die normale Wärmeverteilung

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auf der Rolle beeinflussen und auf der nach außen weisenden Oberfläche der Holle ein gewünschtes, sich über deren Länge erstreckendes Temperaturprofil ausbilden.

Auf diese Weise wird über die axiale Länge der Rolle verteilt auf deren nach außen weisenden Oberfläche der Temperaturgradient in gewünschter Weise verteilt. Der zusätzliche leitende Schild wird unabhängig von der Rolle hergestellt und kann in ;}eder beliebigen Weise unmittelbar an.der nach innen weisenden Oberfläche der Rolle befestigt werden. Der zusätzliche Schild ist mit öffnungen gewünschter Gestaltung und Ausrichtung versehen, um die Aufheizungseigenschaften des Schildes und der Rolle in gewünschter Weise zu verändern» so daß bestimmte Bereiche der Rolle stärker aufgeheizt werden als andere ο Ein besonderer Vorteil der Veränderung der Wärmeabgabe auf der Rollenoberfläche in axialer Richtung besteht in der Kompensation der Unterschiede der Wärmeverluste der Rolle.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schild mit Schlitzen versehen, die den induzierten Sekundärstrom blockieren« Die Schlitze sind' in dem Mantel einer Buchse ausgebildet, die in die Rolle eingesetzt und dort befestigt ist·

In der Zeichnung sind Ausführungebeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Bs zeigen:

Pigο 1 einen Längsschnitt durch die beheizte Rolle,

Fig.. 2 eine perspektivische Ansicht der Rollen auskleidung bzwο Buchse zur Verwendung in Verbindung mit der Rolle gemäß Fig. 1 und

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Fig. 3 eine abgeänderte AusfUhrungeform der Rollenauskleidung.

Eine umlaufende Rolle 10 zur Verwendung im verfahrenstechnischen Bereich ist becherförmig ausgebildet und hat einen ringförmigen äußeren Mantel 11 sowie eine freie Stirnwand 12 aus ferromagnetisohem Material. Die Rolle ist an dem anderen Ende offen. Ein ringförmiger flansch 13 ist an dem Mantel 11 im Bereich des offenen Endes der Rolle 10 ausgebildet. An der Wand 12 ist eine Nabe 14 mit einer konischen Bohrung befestigt, mittels der die Rolle auf einer Antriebswelle 15 kraftschlilssig gelagert ist«, Die Welle 15 hat ein konisch ausgebildetes freies Ende, das in der Nabe 14 sitzt, und eine auf die Welle aufgeschraubte Mutter 17 fixiert die Rolle auf der Welle 15 ο Die Welle 15 wird von einem geeigneten Motor aus angetrieben und dreht während des Betriebes die Rolle 10·

Die Rolle 10 ist zur Behandlung von synthetischen Fasern o. dgl. beheizt. Die Heizeinrichtung für die Rolle umfasst eine induktive Heizspule 20, die auf einen Spulenträger hoher Permeabilität gewickelt ist, der seinerseits an einer Scheibe 23 befestigt ist. Die Scheibe 23 1st an einem feststehenden Gestell 22 befestigt· Die Scheibe 23 erstreckt sich nach außen bis zum äußeren Rand des Flansches 13. Die Spule 20, der Spulenträger 21, die Scheibe 23 und der Rahmen 22 innerhalb der Rolle 10 stehen fest, so daß die Rolle 10 gegenüber diesen umläuft. Die Spule 20 , die ähnlich wie eine Transformatorwicklung arbeitet, ist schraubenlinienförmig um den Spulenträger 21 gewunden.

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Innerhalb der Holle 10 ist ein stark leitender Schild 25 angeordnet und mit der nach innen weisenden Oberfläche des Rollenmantels 11 wärmeleitend verbunden» Der Schild 25 wirkt als Transformator-Sekundärteil und ist mit öffnungen zur Steuerung des Temperaturgradienten in der Rolle 10 versehen. Beispielsweise sind sich axial erstreckende in radialer Sichtung einen Abstand voneinander aufweisende» schlitzartige öffnungen 26 im Bereich des offenen findes der Rolle und sich in Umfangsrichtung erstreckende» sohlitzartige Öffnungen 27 unmittelbar im Bereich der Stirnwand 12 der Rolle 10 vorgesehen.

Die Enden der Spule 20 sind nach außen geführt und an eine Wechselstromquelle unter Zwischenschaltung einer Steuereinrichtung angeschlossen; so daß, wenn die Spule unter Spannung gesetzt wird, ein Kraftlinienweg sich entlang des Spulenträgers 21 in axialer Richtung durch das geschlossene Ende 12 der umlaufenden Rolle 10 und durch den Mantel 11 sowie zur (ick durch die Scheibe 23 erstreckt, die ebenfalls aus Material hoher Permeabilität besteht, um auf diese Weise den Kraftlinienweg zu schließen. Dieser Kraftlinienweg ist in axialer Richtung der umlaufenden Rolle 10 orientiert und erzeugt einen Sekundärstrom, der in Umfangerichtung fließt und in dem leitenden Schild 25 stark konzentriert ist. Dieser induzierte Sekundärstrom fließt ringförmig um den Schild 25, wobei die Stromrichtung in Fig. 2 durch Pfeile 30 angedeutet ist. Dieser Strom wirkt in dem Schild 25 als Widerstandsheizung, wobei der Schild als erste Wärmequelle für die umlaufende Rolle 10 dient» Die sich in Längsrichtung erstreckenden öffnungen bzw. Sohlitze 26 unterbrechen bzw. blockieren die Sekundäratrune in dem Schild 25 und bewirken damit eine geringere Wärmeerzeugung in den den Schlitzen benachbarten Bereichen

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gegenüber solchen Bereichen die keine Schlitze aufweisen. Die sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitze beeinträchtigen die Erwärmung derartiger Bereiche des Schildes 25» die in Umfangsrichtung in dem Pfad dieser Schlitze liegen» da in diesen Bereichen der induzierte Strom um den Schild herum begrenzt wird.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß ein Weg besonders großer Stromdichte geschaffen wird, bildet der leitende Schild 25 auch einen großen Wärmeleiter und ist deshalb bestrebt, die Temperaturverteilung auf der nach innen weisenden Oberfläche der Rolle 10 auszugleichen, da er die Wärme gut leitet« Der Schild 25 besteht vorteilhafterweise aus stark leitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium.

Sie umlaufende Rolle 10 hat das Bestreben, an dem geschlossenen Ende wegen der Wand 12 schneller Wärme zu verlieren als an ihrem offenen Ende im Bereich der Scheibe 23» die einen Abstand von der Rolle aufweist. Die von dem leitenden Schild 25 Im Bereich des offenen Endes zugefUhrte Wärmemenge braucht deshalb nicht so groß zu sein wie die am geschlossenen Ende zugeführte Wärme. BIe sich im Umfangsriohtung erstreckenden Schlitze 27, die im Bereich des geschlossenen Endes der Rolle 10 vorgesehen sind, blockieren die Ableitung der im Schild 25 erzeugten Wärme im Bereich des geschlossenen Endes der Rolle und verhindern dadurch wirksam, daß Wärme zu dem geschlossenen Ende der Rolle geleitet wird. Durch die Kombination sioh axial erstreckender Schlitze zur Reduzierung der zuerst in dem Schild 25 erzeugten Wärme im Bereich des offenen Endes der Rolle 10 mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitzen im Bereich des geschlossenen Endes der Rolle 10 kann deshalb der Wärmegradient über die länge der Rolle 10 genau gesteuert werden. Die Breite und Länge der Schlitze sowie

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ihr Abstand können in Anpassung an die Gegebenheiten verändert werden«

Der Schild 25 kann aus Aluminium oder Kupfer bestehen und hat eine Wandstärke in der Größenordnung zwischen 1₉6 und 6,4 mmο Er hat über seine gesamte Länge in axialer Richtung die gleiche Wandstärke» Die Schlitze bzw» öffnungen können durch Stanzen nach der Herstellung des Schildes und bevor er in die Rolle 10 eingesetzt wird, erstellt werden. Dann wird der Schild 25 in den Innenraum der Rolle 10 eingeschoben und durch Fixierungsringe, Schrauben oder Einschrumpfen innerhalb dea Mantels 10 gehalten· Der Schild kann auch durch Stifte oder dadurch fixiert werden, dali eine Nut in das Schildmaterial und den äußeren Mantel gerollt wird₉ nachdem der Schild in den Innenraum des äußeren Mantels 11 hineingeschoben worden ist.

Es hat sich gezeigt, daß eine gleichmäßige Wandstärke des Schildes ohne Schlitze einen Temperaturabfall von 10 bis 20⁰C über die,Länge der Rolle 10 hat, wenn die äußere Oberfläche der Rolle 10 5 bis 15»2 om lang ist und mit einer Umtbmgejeschilndigkeit in der Größenordnung von 9*1 m/sec. umläuft. Wenn jedoch die Schlitze und Öffnungen in dem Schild in geeigneter Weise ausgerichtet sind» kann dieser Temperaturabfall um annähernd 2°C gesenkt werden, . obgleich der Schild eine gleichmäßige Wandstärke hatο

Gewöhnlich verursachen die sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitze eine große Veränderung der Wärmeprofilkurve, da die sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitze die Energieübertragung auf den inneren Sohild und

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damit die Erzeugung der Wärme unmittelbar beinträchtigen. Im Vergleich hierzu beeinträchtigen die eich in Umfangerichtung erstreckenden Schlitze 27 nicht derart stark die zur Wärmeerzeugung zugeführte Energie sondern blockieren die Wärmeleitfähigkeit und stören damit die Verteilung der Wärme, um auf diese Weise auf der äußeren Oberfläche der Rolle 10 eine etwas differenzierte, jedoch gesteuerte WärmeVerteilung zu erreichen.

Bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 3 ist ein abgeänderter Schild 32 vorgesehen. Der Schild 32 ist an der Rolle 10 in der gleichen Weise angebracht» wie bei dem zuvor beschriebenen AusfUhrungsbeispiel, doch sind anstelle von Schlitzen ale Öffnungen zur Temperaturregelung Reihen von Bohrungen 33 vorgesehen, die dicht nebeneinanderliegend ausgerichtet sind und sich in axialer Richtung erstrecken. Diese Bohrungen entsprechen im wesentlichen den Schlitzen 26. Dieser andere Typ von Öffnungen liefert einen etwae abweichenden Wärmegradienten» wobei jedoch dasselbe Ziel erreioht wird. In ähnlicher Weise bestehen die Öffnungen 34 aus Bohrungen» die dicht nebeneinander auf einer Umfangslinie ähnlich wie die Schlitze 27 angeordnet sind» die sieb ebenfalle in Umfachsrichtung entlang der Rolle erstrecken. Ss könneα deshalb Bohrungen» Schlitze oder ähnlich ausgebildete Öffnungen zum Erreichen des gleichen Zieles verwendet werden.

Daβ Temperaturprofil Über die RoIlenoberflache kann so in gewünschter Weise ausgewählt und durch die Ausbildung von Löchern in einem Schild realisiert werden» der innerhalb ier Rolle 10 angeordnet ist. Dadurch entfällt das Erfordernis, in aufwendiger Weise Material unterschiedlicher

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Wandstärke auf der nach innen weisenden Oberfläche der Rolle vorzusehen.

Sie Steuereinrichtung für die Spule kann in Abhängigkeit von einem Temperaturfühler gesteuert werden» der die Rollentemperatur erfaßt. Auf diese Weise kann eine vorgewählte Rollentemperatür aufrechterhalten werden.

Ansprüche:

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Claims

Ansprüche

Beheizte Rolle mit einer Antriebswelle und einer Inneren Kammer, in der eine Heizeinrichtung unter Abstand von dem Mantel der Rolle angeordnet ist» dadurch gekennzeichnet ρ daß ein Schild (25; 32) aus leitendem Material innerhalb der Rolle (10 gegenüber dieser wärmeleitend angeordnet ist und daß mehrere öffnungen (26,27; 33,34) in dem Schild (25; 32) derart ausgebildet sind, daß sie die normale Wärmeverteilung auf der Rolle (10) beeinflussen und auf der nach innen weisenden Oberfläche der RoIIe(IO) ein gewünschtes, sich über deren Länge erstreckendes Temperaturprofil ausbilden.

2. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer feststehenden Spule (20) zur Erzeugung eines Kraftlinienweges in axialer Richtung der Rolle besteht und in den Schild (25; 32) ein Sekundärstrom Induziert wird, dessen normaler Pfad duroh mindestens einige der Öffnungen (26,27; 33,34) blockiert wird.

3« Rolle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daü die Rolle (10) ein geschlossenes Ende (12) und ein offenes Ende aufweist, sich die Induktionsspule (2θ) duroh das offene Ende in den Innenraum der RoIIe(IO) hineinerstreokt und im Bereich des offenen Endes zur Vervollständigung des die Rolle (10) umfassenden Kraftlinienweges ein entsprechendes Organ vorgesehen ist, wobei sich der Schild (25; 32) im wesentlichen Über die gesamte axiale Länge der RoIIe(IO) erstreckt«

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4o Holle nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der öffnungen (26,27; 33,34) im Bereich des offenen Endes zum Blockieren dee normalen Strömungepfades des in den Schild (25; 32) induzierten Stromes vorgesehen sind ο

5 ο Rolle nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der öffnungen (26,27; 33»34) im Bereich des geschlossenen Endes zum Blockieren der Wärmeleitung in axialer Richtung auf das offene Ende zu vorgesehen sind.

6ο Rolle nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine stationäre Spule zur Erzeugung eines sich in Richtung der Antriebswelle (15) durch die Rolle (10) erstreckenden Kraftlinienflusses vorgesehen ist» ein ringförmiger Schild (25; 32) von im wesentlichen gleicher Wandstärke im Innenraum der Rolle (10) angeordnet ist, mit dieser umläuft, und den Sekundärteil für die Induktion des Stromes bildet, und daß zahlreiche öffnungen (26,27; 33»34) in dem Schild (25; 32) derart ausgebildet sind, daß sie den Temperatur" gradienten auf der nach außen weisenden Oberfläche der Rolle (10) stören,

7. Rolle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der öffnungen (26,27; 33t34) derart ausgerichtet sind β daß sie in bestimmten Bereichen des Schildes (25; 32) den induzierten Stromfluß im wesentlichen blockieren, der in der Normalrichtung durch den Schild (25; 32) strömt.

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β» Rolle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Öffnungen (26,27; 33*34) als eich in axialer Richtung erstreckende Schlitze ausgebildet Bind.

9° Rolle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet» daß mindestens einige der Öffnungen (26,27; 33,34) in dem Schild (23p 32) derart ausgerichtet sind, daß sie nur die Wärmeleitung in axialer Richtung im wesentlichen blockieren jedoch den Stromfluß in der normalen Strömungsrichtung innerhalb des Schildes nicht wesentlich beeinträchtigen.

1Oo Rolle nach Anspruch 6_S dadurch gekennzeichnet_P daß mindestens einige der öffnungen (26,27; 33_P34) als sich in Unifangsrichtung erstreckende Schlitze auegebildet sind«

11 ο Verfahren zur Herstellung einer um eine Achse umlaufenden; beheizten Wandanordnung, die durch ein sich parallel zur Achse erstreckendes Kraftlinienfeld durch induzierte Ströme beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet _t daß ein ringförmiger Schild aus stark leitenden Werkstoffen hergestellt und mit öffnungen versehen wird» die zur Unterbrechung des normalen induzierten Stromes und der die Wärme Übertragenden Pfade ausgerichtet sind, und daß der Schild auf der nach innen weisenden Oberfläche der Wandanordnung bzw. Rolle in wärmeleitendem Eingriff befestigt wird.

I2o Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen vor dem Einsetzen des Schildes in die Rolle ausgebildet werden.

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