DE2744918C2

DE2744918C2 - Kühlvorrichtung für Maschinenteile, insbesondere Wellen und Wellenlager

Info

Publication number: DE2744918C2
Application number: DE2744918A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(Grad.) 6050 Offenbach Westebbe
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: DIENES Apparatebau GmbH
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2744918A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Bei einer aus Figur 3 der DE-OS 20 21 156 bekannten Kühlvorrichtung dieser Art ist das doppelwandige Rohr durch den Außenring eines Kugellagers gebildet. Die so entstehende Ringkammer ist mit einem hochleitfähigen Kühlmittel, beispielsweise Natrium, gefüllt und mit sich axial erstreckenden Kühlrippen versehen. Gleiches gilt für den Innenring des Kugellagers.

Aus dem DE-GM 70 47 913 ist eine Kühlvorrichtung für Lager fliegend gelagerter Heizgaletten bekannt, bei der ein ringförmiger Hohlkörper in unmittelbarer Nähe to des Lagers die Galettenwelle berührungsfrei umgibt und von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt wird.

Des weiteren zeigt die DE-OS 23 24 029 ein Lager für die Welle von Schwermaschinen, bei dem die Lagerschalen von mehreren sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanälen durchsetzt sind, welche ein Zweiphasensystem, bestehend aus einer Wärmeübertragungsflüssigkeit und deren Dampf, enthalten und den Zweck haben, die Wärme vom heißeren Teil des Lagers zu einem kälteren Teil der Lageroberfläche zu führen so und somit eine gleichmäßige Lagertemperatur in allen Lagerteilen zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlwirkung einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, ohne daß Anschlüsse für eine ständige Kühlmittelzu- und -abfuhr zur Kühlvorrichtung erforderlich werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Verbesserung der Kühlung ergibt sich dadurch, daß bei vorgegebener Kühlfläche und vorgegebenem Kühlgefäßvolumen die durch Verdampfen des Kühlmittels abführbare Wärmemenge wesentlich größer ist als die durch Wärmeleitung über ein festes oder flüssiges ^ Kühlmittel abführbare Wärmemenge.

Gegenüber einer ständigen Kühlung durch einen das Kühlgefäß durchströmenden Kühlmittelstrom hat die eingangs genannte ebenso wie die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß keine Kühlmittelanschlüsse erforderlich sind und die Kühlvorrichtung ein geschlossenes System bildet Damit ist es möglich, eine solche Kühlvorrichtung auch an solchen Maschinen vorzusehen, welche keinen Kühlmittelanschluß haben oder bei dem infolge der Vielzahl der zu kühlenden Maschinenteile das Anbringen von Kühlmittelleitungen aus Raumoder Kostengründen nicht vertretbar ist

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 eine Kühlvorrichtung für das Wellenlager einer Heizgalette und die

F i g. 2 und 3 Kühlvorrichtungen für den Magnetkern einer Induktionsheizeinrichtung für Galetten.

Die in F i g. 1 nur schematisch wiedergegebene Galette besteht aus einem hohlzylindrischen Galettenmantsl 1, der über die Stirnwand 2 (F i g. 3) in eine nach innen eingezogene Nabe 3 (F i g. 2, 3) übergeht, welche verdrehungssicher auf der Antriebswelle 4 befestigt ist Am Maschinengestell 5 ist ein Magnetkern 6 befestigt, welcher eine Erregerwicklung 7 trägt. Durch die aus Magnetkern 6 und Erregerwicklung 7 bestehende Heizvorrichtung werden im Galettenmantel 1 elektrische Ströme erzeugt, welche den Galettenmantel 1 aufheizen. Ein über diesen Galettenmantel geführter Faden wird dementsprechend erwärmt. Die Welle 4 ist in zwe; Wälzlagern 8 gelagert, von denen in der Zeichnung nur das der Galette zugewandte Lager dargestellt ist. Sein Innenring 9 sitzt fest auf der Welle 4, während der Außenring 10 am Maschinengestell 5 fest befestigt ist. In unmittelbarer Nähe des Lagers 8 umgibt ein ringförmiges Kühlgefäß 11 in dichtem Abstand aber berührungsfrei die Welle 4. Das Kühlgefäß 11 steht über ein Rohr 12 mit einem Kondensaticnstank 13 in Verbindung, der an einer möglichst kühlen Stelle des Maschinengestells 5 angeordnet ist. Das Kühlgefäß U ist teilweise mit einer verdampfbaren Kühlflüssigkeit gefüllt. Hierfür eignen sich Wasser sowie entsprechend der gewünschten Kühltemperatur ausgewählte synthetische Wärmeträgeröle.

Die Kühlvorrichtung soll das Lager 8 gegen Überhitzung schützen. Die das Lager u. U. gefährdende Wärme wird einerseits vom aufgeheizten Galettenmantel 1 über die Stirnwand 2 und die Nabe 3 auf die Welle übertragen, und andererseits unmittelbar vom Magnetkern 6 durch Strahlung auf die Welle 4 übertragen. Sobald die Kühlflüssigkeit im Kühlgefäß 11 durch die von der Welle 4 übertragene Wärme über ihre Siedetemperatur erwärmt wird, verdampft ein Teil der Kühlflüssigkeit und gelangt in Dampfform über das Rohr 12 in den Kondensationstank 13. Dieser ist gut wärmeleitend mit einem gegenüber Galette und Welle kühleren Teil des Maschinengestells 5 verbunden und wird außerdem von außen durch Luftzirkulation gekühlt. Folglich schlägt sich der Dampf 14 im Kondensationstank 13 nieder und gibt somit seine Kondensationswärme an das Maschinengestell bzw. die umgebende Luft ab. Das Kondensat 15 fließt über das gleiche Rohr 12 zurück zum ringförmigen Kühlgefäß 11, wodurch der Kühlkreislauf geschlossen ist. Anstelle eines einzigen Rohres 12 für Dampf und Kondensat können auch getrennte Verbindungen zwischen dem Kühlgefäß 11 und dem Kondensationstank 13 vorgesehen sein, wobei ein Rohr größeren Querschnitts für die Dampfübertragung und ein Rohr kleineren Querschnitts für den Kondensatrückfluß dienen kann. Durch die Wärmeableitung im Bereich des Kühlgefäßes 11 wird

der Welle 4 dort Wärme entzogen, die folglich nicht zum Kugellager 8 gelangen kann. Die Anordnung hat den Vorteil, daß die Kühlwirkung erst beim Überschreiten einer gewissen Temperatur an der Welle 4 beginnt nämlich derjenigen, bei der die Kühlflüssigkeit anfängt zu verdampfen. Damit erreicht man, daß sich das Lager 8 auf eine günstige Betriebstempera:ur von beispielsweise 80 bis 90⁰C erwärmen kann, ehe die Kühlwirkung voll einsetzt und eine Überhitzung auftreten kann. Eine Kühlung des Lagers unterhalb der genannten Temperatur im Bereich von 80 bis 90° wäre z. B. bei beheizten Streckrollenaggregaten ungünstig, da eine Rückwirkung auf das Rollentemperaturprofil möglich ist. Das aus dem Kühlgefäß 11, der Rohrverbindung 12 und dem Kondensationstank bestehende System kann vor der Inbetriebnahme evakuiert und mit der vorgegebenen Menge Kühlflüssigkeit gefüllt werden. Als geschlossenes System bedarf es keiner Wartung und benötigt auch k^ine Anschlüsse zur Zufuhr von Kühlenergie von außen. Das Kühlgefäß 11 ist mittels einer Haltescheibe 16 an einem eventuell aus Isoliermaterial bestehenden Lagerdeckel 17 befestigt, welcher vom Maschinengestell 5 getragen wird.

F i g. 2 zeigt den Einsatz eines ähnlichen Kühlgefäßes zum Kühlen der Innenseite des Magnetkerns 6 einer Heizgalette. Auf diese Weise wird die Wärmeabstrahlung vom Magnetkern 6 zur Welle 4 hin unterbunden. Das wiederum ringförmige doppelwandige Kühlgefäß 21 bedeckt die Innenseite des Magnetkerns 6 und ist auf der dem Maschinengestell 5 zugewandten Seite zu einer Kammer 34 erweitert. Diese steht über eine Leitung 25 mit dem Kondensattank 23 in Verbindung. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 1. Statt wie dort die über das Wellenende zugeführte Wärme mittels einer die Welle kurz vor dem Lager umgebenden Kühlvorrichtung abzufangen, wird hier die Wärmestrahlung vom Magnetkern 6 zur Nabe 3 und Welle 4 hin unmittelbar unterbunden. Erforderlichenfalls können beiden Maßnahmen gemäß den F i g. 1 und 2 gemeinsam vorgesehen werden, wenn eine besonders wirkungsvolle Wärmeabschirmung erforderlich ist.

Die Anordnung nach Fig.3 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 lediglich darin, daß das Kühlgefäß 21 keinen Anschluß der Kammer 34 an einen äußeren Kondensationstank aufweist, sondern die Kammer 34 selbst als Kondensationstank dient Zu

ίο diesem Zweck ist sie gut wärmeleitend über eine abgewinkelte Ringplatte 35 mit dem Fadenabweisring 36 und auf diese Weise mit dem Maschinenges'ell 5 verbunden. Die an die Wandung des ringförmigen Kondensationsgefäßes beim Kondensieren des Dampfes abgegebene Wärme wird über die Maschinenteile 35, 36 und 5 abgeleitet. Für einen wirkungsvollen Betrieb ist es lediglich erforderlich, daß das Kondensationsgefäß auf einer niedrigeren Temperatur als das Kühlgefäß liegt und die Temperatur in der Wandung des Kühlgefäßes oberhalb der Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit liegt. Je höher die Temperatur an der Wärmeübertragungswand des Kühlgefäßes ist, um so mehr verdampft und um so mehr Wärme wird abgeführt. Ein Füllrohr 37 dient dem Evakuieren und Füllen des Kühlgefäßes 21. Das System ist äußerst platzsparend und erfordert somit keine wesentlichen Änderungen der übrigen Konstruktionsmerkmale solcher Galetten.

Die neue Kühlvorrichtung kann vorteilhaft zur Kühlung beliebiger, hohen Temperaturen ausgesetzter Lager und Maschinen eingesetzt werden, beispielsweise für Trockenzylinder, Trommeltrockner, Walzgestelle, Schleifspindeln, Bohrwerke, Heizventilatoren, Kalander usw. Sie eignet sich darüber hinaus, wie die F i g. 2 und 3

J5 zeigen, auch zur Kühlung ortsfester Maschinenteile und zeichnet sich durch vielseitiges Anwendungsmöglichkeit, geringen Platzbedarf und das Fehlen jeglicher äußerer Kühlmittelanschlüsse aus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen _

Claims

Patentansprüche:

1. In sich geschlossene Kühlvorrichtung für zylindrische oder hohlzylindrische Maschinenteile mit einem als doppelwandiges Rohr ausgebildeten, ■> ein Wärmeübertragungsmedium enthaltenden, großflächig in gutem Wärmekontakt zum Maschinenteil stehenden stationären Kühlgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgefäß (11,21) nur teilweise mit Wasser oder einer anderen niedrigsiedenden Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllt und an einen von der Kühlfläche abgesetzten stationären Kondensationstsnk (13, 23, 34) angeschlossen ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch is gekennzeichnet, daß Kühlgefäß (H, 21) und Kondensationstank (13) über wenigstens eine gemeinsame Dampf- und Kondensatleitung (12, 25) miteinander verbunden sind.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlgefäß (11, 21) und Kondensationstank (13) über wenigesten je eine Dampfleitung und eine Kondensatleitung miteinander verbunden sind.

25