DE2508902C2 - Lager- und Heizorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung von länglichen Gefügen, wie Filamenten - Google Patents
Lager- und Heizorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung von länglichen Gefügen, wie FilamentenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lager- und Helzorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung
von länglichen Gefügen nach dem Oberbegriff des
Ein derartiges Lager- und Helzorgan ist aus der DE-OS 19 17 380 bekannt, wobei das Organ aus relativ
dickwandigen Materialschichten aufgebaut 1st. Hierdurch ergeben sich Probleme hinsichtlich unterschled-
!icher Wärmedehnung beim Aufheizen des Organs aufgrund
unterschiedlicher Materialien. Dies gilt auch für die aus der DE-AS 17 60 627 bekannte beheizte Galette.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagerund
Helzorgan der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sich beim Aufheizen des Organs keine für
den Aufbau nachteiligen Spannungen durch unterschiedliche Wärmedehnung der einzelnen Materialien
ergeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch Aufspritzen der außenliegenden Reibungsschicht und der Isolierschichten ergibt sich ein dünnwandiger
Aufbau, der gegenüber Wärmespannungen durch verschiedene Wärmedehnung unempfindlich ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unleransprüchen angegeben.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert,
d;c In einem teilweisen Querschnitt den Aufbau eines walzenförmigen Heiz- und Lagerorgans zeigt.
Mit 1 Ist ein Hohlzyllnder aus Metall bezeichnet, der
beispielsweise einen Außendurchmesser von 81 mm hat. Auf diesem Metallzyllnder I Ist eine wärmeisolierende
Schicht 2 von beispielsweise 2 mm Stärke aufgebracht, die aus Zirkoniumoxid besteht. Auf dieser wärmelsollerenden
Schicht 2 Ist eine elektrisch isolierende Schicht 3 von beispielsweise 0,5 mm Stärke aufgebracht,
die aus Aluminiumoxid besteht. Auf dieser elektrisch Isolierenden Schicht 3 Ist ein elektrischer Widerstand 4
in Form eines Bandes geringer Stärke aufgebraucht, das schraubenlinienförmig auf die Schicht 3 aufgewickelt
Ist. Das Band besteht aus Nlckel-Chrom-Legierung und
kann eine Abmessung von 1 χ 0,3 mm haben. Auf diesem elektrischen Widerstand 4 1st eine weitere elektrlsch
Isolierende Schicht 5 aus Aluminiumoxid aufgebracht, die eine Stärke von 0,9 mm haben kann und
den elektrischen Widerstand 4 einbettet.
Mit 6 Ist eine Cermetschicht von beispielsweise
2,8 mm Dicke bezeichnet, die sich aus 75'v. Aluminium-
(,o oxid und 25% Aluminium zusammensetzt und in welcher
eine Röhre 8 von 1,8 mm Durchmesser eingebracht Ist, die zur Aufnahme einer Temperaturmel.lsondc
dient. Diese Schicht 6 gewährleistet die thermische Verbindung /wischen elektrischem Widerstand
(,s und der außen Hegenden Rclbungsschlcht 7, die aus
Bron/c besteht und eine Stärke von 0,3 mm haben kann. Diese Bronzeschlchl 7 Ist mit einem wasscrabsto-
:ulrn Schmiermittel Imprägniert, das hochtemperatur-
iestandig isi und gute dielektrische Eigenschaften aufv_ist,
wie z. B. ein Sillkonschmiermitlel.
Die Zirkoniumoxid-, Aluminiumoxid-, Cermet- und äronzeschichten werden durch Chemleflamnen- oder
Plasma-Schweißbrenner aufgespritzt.
Zwischen der Cermetschlcht 6 und der Bronzeschicht 7 Kann eine nicht dargestellte Nickel-Aluminiumschicht
von 0,02 mm Stärke aufgetragen werden, die eine Haftschicht bildet.
Bei 9 ist eh-, Anschluß für den elektrischen Widerstand
4 wiedergegeben.
Das beschriebene Lager- und Heizorgan hat einen monolythischen Aufbau und einen Außendurchmesser
von 94 mm. Es kann auf die verlangten Toleranzen bearbeitet und geschliffen werden, wie ein aus einem
einzigen Material bestehender Hohlzyllnder.
Die Schichten 2, 3 und 5 können aus einem mineralischen
Elektroisoliermaterial bestehen, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumalumlnat (Spinell),
Silikat, z. B. Aluminiumsilikat (Mulllt), usw. Es ist vorteilhaft.
Aluminiumoxid einzusetzen. Die Stärke jeder mineralischen Elektrolsollerschlcht liegt vorteilhafterweise
zwischen 0,2 und 2 mm.
Die Reibungsschicht 7 kann aus Materlallen wie
Bronze, Molybdän, Chromoxid bestehen. Ihre Stärke liegt vorteilhafterweise zwischen 0,05 und 0,5 mm.
Die Cermetschlcht 6, welche zwischen der zweiten mineralischen Elektroisollerschlcht 5 und der Reibungsschicht 7 liegt und mit dem Chemieflammen- oder
Plasma-Schweißbrenner aufgetragen wird, Ist dia
Pseudoleglerung eines Metalles und einer feuerfesten Verbindung wie Metalloxid, Borld, Nitrid, usw. Für die
Stärke dieser Schicht gibt es vom technischen Standpunkt aus keine obere Grenze, sie hängt von den jeweiligen
Bedürfnissen ab. Sie kann z. B. für die Aufnahme einer Sonde zum Erfassen der Temperatur vorgesehen
werden. Außerdem kann mit Hilfe dieser Schicht - von einem Zylinder gegebenen Durchmessers, der mit
Materialschichten verschiedener Stärke bedeckt Ist, ausgehend - dem Außendurchmesser des Heizorgans die
gewünschte Größe gegeben werden. Das verwendete Cermet weist eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie einen
Ausdehnungskoeffizienten auf, der demjenigen des für den Metallzylinder 1 verwendeten Materials so nahe wie
möglich kommt.
Anstelle der Zirkoniumoxidschicht 1 zwischen dem Metallzyllnder 1 und der mineralischen Elektroisollerschlcht
3 kann eine Wärmeisolierschicht aus Kalkzlrkonat angebracht werden; diese wird mit dem Chemienammen-
oder Plasma-Schweißbrenner aufgespritzt. Sie hat die Aufgabe, den Wärmefluß nach Innen zu vermeiden.
Eine Stärke von mehreren Millimetern ist für diese Schicht vorteilhaft.
Die mineralische Elektrolsollerschlcht 3, welche zweckmäßigerweise aus Aluminiumoxid besteht, hat die
Aufgabe, den Widerstand gegenüber dem Metallzyllnder elektrisch zu isolieren. Ihre Mlnclestatärke hängt
von den Isoliereigenschaften des Materials ab, während der maximalen Stärke nur aufgrund von Ausdehnungsproblemen und - vom wirtschaftlichen Standpunkt
aus - durch den Gestehungsprels Grenzen gesetzt sind. Die Schichtstärke liegt vortellhafterwelse zwischen 0,2
und 2 mm.
Die Schraubensteigung des den elektrischen Widerstand bildenden Bandes kann In bekannler Welse
schwanken, um verschiedene Heizzonen längs des Zylinders zu ergeben.
DiR zweite mineralische Elektrotsollerschlchi 5 (z. B.
Aluminiumoxid) hai ebenfalls die Aufgabe, den Widerstand
elektrisch zu Isolieren. Ihre Stärke liest vorteilhaflerweise
zwischen 0,2 und 2 mm. Ihre Wirkung als Wärmelsolaior wird durch Ihre geringe Stärke beeinträchilgt
Aus diesem Grunde stellt sie für die Wärmeübertragung nur ein unwesentliches Hindernis dar.
Obwohl Aluminiumoxid und Stahl verschiedene Ausdehnungskoeffizienten besitzen, »folgt« die Alumlnlumoxldschlcht
während des Aufheizens dank ihrer geringen Stärke der Ausdehnung des Stahlzyllnders, ohne
sich abzulösen, sofern alle notwendigen Vorkehrungen getroffen worden sind, um eine gute Verbindung zwischen
den aufeinanderfolgenden Schichten herzustellen (Oberflächenbehandlung).
υ Die Cermetschlcht trägt über die Reibungsschicht
den Rotor und gibt »n diesen den vom Widerstand kommenden Wärmestrom welter. Die das Cermet bildenden
Materialien sind in solchen Anteilen vorhanden, daß der Ausdehnungskoeffizient demjenigen des
Rotormaterials nahekommt. Durch diese Maßnahme wird es möglich, daß eventuell eine bedeutende
Schichtstärke aufgetragen werden kann. Außerdem weist das Cermet eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Bei
einem Stahlzyllnder ist es vorteilhaft, ein Cermet aus Aluminium und Aluminiumoxid mit Im Durchschnitt
25% Aluminium und 75% Aluminiumoxid zu verwenden, und zwar vor allem wegen seines niedrigen Preises.
Es können aber auch andere Cermettypen, besonders aus Metallen und Oxid, verwendet werden, z. B.
Aluminiumoxid und Nickel oder Chrom, Zirkoniumoxid und Chrom, Aluminiumoxid und Molybdän
usw. Die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen, das Lagerorgan bildenden Materialien bei 200° C Ist z. B.
folgende:
Aluminiumoxid etwa 9 K cal/h. m. 0C,
Zirkoniumoxid etwa 0.8 Kcal/h, m. 0C.
Stahl etwa 40 K cal/h. m. 0C,
Aluminium etwa 170 Kcal/h, m. 0C,
Bronze etwa 160 K cal/h. m. °C.
Die Wärmeleitfähigkeit der Verbindung Cermet + Aluminiumoxid des fertigen Lagers beträgt etwa 50
K cal/h. m. 0C.
Die Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen, das Lager bildenden Materialien zwischen 50 und 200°
sind folgende:
Zirkoniumoxid
Aluminiumoxid
Aluminium
Stahl
Aluminiumoxid
Aluminium
Stahl
7 bis 9 χ 10-*,
4 bis 5 χ 10-\
23 bis 25 χ 10-\
12 bis 15 χ ΙΟ"6.
Bei einem Aufbau des Lagerorgans von 1,5 mm Zirkonlumoxld, 0,5 mm Aluminiumoxid und 2,5 mm Cermet
(aus 25% Aluminium und 75% Aluminiumoxid) erhält man z. B. einen Ausdehnungskoeffizienten von
14,2 χ ΙΟ"6, welcher mit dem von Stahl zu vergleichen
ist. Für einen Aufbau mit 1 mm Zirkoniumoxid und do 2,5 mm Cermet (aus 25% Aluminium und 75% Aluminiumoxid)
erhält man einen Koeffizienten von 14,5 xlO"6.
Das Cermet weist außerdem eine gute WärmeschockbeständigkeU
auf. Es 1st vorteilhaft, in der Cermetschicht eine Ausnehmung für eine Sonde zum Zwecke
der Erfassung und Regulierung der Temperatur des Rotors vorzusehen. Diese Ausnehmung besteht vorzugsweise
aus einem Metallrohr geringen Durchmes-
sers, welches beim Auftragen der Schicht eingebettet wird.
Zum Zwecke der Erteilung von Isoliereigenschaften (Feuchtigkeitsaufnahme) kann das Cermet unter
Vakuum und in heißem Zustand mit einem flüssigen Schmiermittel, wie einem der Betriebstemperatur gegenüber
beständigen Mineralöl oder einem Slllkonschmlermlttel,
getränkt werden.
In dem Falle, wo die Cermetschicht mit einer ReI-bungsschlcht
aus Bronze bedeckt wird, kann auch letz- to tere mit einem flüssigen Schmiermittel getränkt werden.
Die Außenfläche des mit dem Rotor in Berührung stehenden Lagers wird mit den verlangten mechanischen
Toleranzen bearbeitet und weist einen Oberflächenzustand mit einem minimalen Reibungskoeffizienten
auf.
Die verschiedenen, das Lager bildenden Schichten werden mit dem Chemieflammen- oder Plasma-Schweißbrenner
aufgespritzt. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten kann durch Haftschichten gerlnger
Stärke, z. B. von 0,05 mm, und durch einen Oberflächenzustand mit einer bestimmten Rauhigkeit hergestellt
werden. Die Haftschichten bestehen aus Materlallen wie Nickelaluminld, Molybdän, usw.
Die Einblockstruktur des Lager- und Heizorgans erleichtert die Montage In der Walze. Da der Ausdehnungskoeffizient
praktisch den gleichen (etwas geringeren) Wert wie derjenige des für den Rotor der Walze
verwendeten Stahles aufweist, bleibt das Spiel zwischen dem Lager und dem Rotor praktisch konstant. Mit der
gleichen Walze kann daher bei sehr verschiedenen Temperaturen gearbeitet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
35
45
50
55
60
65
Claims (11)
1. Lager- und Heizorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung von länglichen
Gefügen wie Filamenten. Fäden, Bändern, Lunten usw., mit einem um einen Zylinder gewickelten
elektrischen Widerstand und mit einer äußeren ReI-bungsschlcht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder aus Metall besteht,
daß der elektrische Widerstand gegen den Zylinder durch eine erste Schicht eines mineralischen Elektroisollermaterials Isoliert 1st,
daß der Zylinder aus Metall besteht,
daß der elektrische Widerstand gegen den Zylinder durch eine erste Schicht eines mineralischen Elektroisollermaterials Isoliert 1st,
daß eine zweite Schicht eines mineralischen Isoliermaterial
die erste Schicht bedeckt und den elektrischen Widerstand einbettet, und
daß die Isolierschichten und die Reibungsschicht mit dem Chemlefiammen- oder Plasma-Schweißbrenner aufgespritzt sind.
daß die Isolierschichten und die Reibungsschicht mit dem Chemlefiammen- oder Plasma-Schweißbrenner aufgespritzt sind.
2. Lager- und Heizorgan nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede der mineralischen
Elektrolsollerschlchten eine zwischen 0,2 und 2 mm liegende Stärke aufweist und daß die Reibungsschicht eine Stärke von 0,05 bis 0,5 mm hat.
3. Lager- und Heizorgan nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen
der zweiten mineralischen Elektroisollerschicht und der Reibungsschicht eine mit dem Chemlefiammen-
oder Plasma-Schweißbrenner aufgespritzte Cermetschlcht befindet, deren Wärmeleitfähigkeit
und Ausdehnungskoeffizient denjenigen des Metallzylinders nahekommt.
4. Lager- und Heizorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mineralische
Elektrolsoliermaterlal aus Produkten wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumalumlnat
und Alumlnlumsillkat besteht.
5. Lager- und Heizorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Cermet
aus Pseudoleglerungen eines Metalles und eines feuerfesten Materials, wie Aluminiumoxid und Alu
minium, Aluminiumoxid und Nickel, Aluminium oxid und Chrom, Aluminiumoxid und Molybdän,
Zirkoniumoxid und Chrom, besteht.
6. Lager- und Heizorgan nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall
zylinder aus Stahl und das Cermet aus einer Mischung von 25% Aluminium und 75% Aluminiumoxid
besteht.
7. Lager- und Heizorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Metallzyllnder und der ersten Schicht des mineralischen Elektrolsollcrmaterlals eine mit dem Chemlefiammen-
oder Plasma-Schweißbrenner aufgespritzte Wärmelsollerschieht liegt.
8. Lager- und Helzorgan gcmüß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisoliert schicht aus Materialien wie Zirkoniumoxid und
Kalkzlrkonai besteht.
9. Lager- und Helzorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ReI-bungsschlcht
aus Materialien wie Bron/c, Molybdän und Chromoxid besteht.
10. Lager- und Helzorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß /wischen
den verschiedenen Materialschichten mit dem Chemleflammen-
oder Plasma-Sehwelßbrcnncr aufgespritzte
Haftschichten mit einer Stärke von etwa 0,05 mm liegen.
11. Lager- und Heizorgan gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschichten aus Materialien wie Nlckelaluminid und Molybdän bestehen.
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