DE2508902C2

DE2508902C2 - Lager- und Heizorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung von länglichen Gefügen, wie Filamenten

Info

Publication number: DE2508902C2
Application number: DE2508902A
Authority: DE
Inventors: Bernard Ecully Isoard
Original assignee: Rhone Poulenc Textile SA
Current assignee: Rhone Poulenc Textile SA
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1984-07-05
Also published as: PL97854B1; JPS50145697A; SU575041A3; CS182833B2; NL179748C; NL179748B; ES210385U; US3968347A; ATA157175A; FR2262895A1; JPS598689B2; DE2508902A1; IT1033203B; ES210385Y; GB1495404A; CA1030201A; CH604459A5; NL7500475A; FR2262895B1; AR202066A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager- und Helzorgan für den Rotor einer Walze zur thermischen Behandlung von länglichen Gefügen nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

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

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

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Claims

■'■"-■■ Patentansprüche:

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 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.

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.