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"Beheizbare Walze oder Galette"
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Beheizbare Walze oder Galette Die Erfindung bezieht sich auf eine
beheizbare Walze oder Galette, insbesondere zum Erhitzen von faden-, band- oder
bahnförmigem Material, in Streckeinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus der DE-PS 18 04 777 ist eine beheizte Walze bekannt, welche in
ihrem Inneren - konzentrisch zur Achse - einen hermetisch verschlossenen, teilweise
mit Ililssiglieit gefüllten, ringförmigen Hohlraum aufweist, der als Zwischenraum
zwischen den Wänden eines doppelwandigen Walzenmantels ausgebildet ist und an dessen
Wänden radial nach innen bzw. nach außen ragende Vorsprünge vorgesehen sind. Die
Wärmeträgerflüssigkeit steht ausschließlich unter ihrem eigenen Dampfdruck, wobei
sich bei jeder Temperatur ein Gleichgewichtszustand zwischen Flüssigkeit und Dampf
einstellt.
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Eine derartige Galette ist schon deshalb baulich sehr aufwendig, da
zur Erfüllung der unterschiedlichen, in dem Hohlraum bei Umgebuncjs- und Arbeitstemperatur
vorliegenden Bedingungen nur ganz bestimmte Werkstoffe geeignet sind. So führen
Reaktionen des Werkstoffes mit Bestandteilen des Wärmeträgermediums zur Abspaltung
von Gasen, die die Partialdruckverhältnisse in dem Hohlraum verändern und damit
die Vergleichmäßigungswirkung des "Wärmerohres" verschlechtern, weil bei plötzlichem
Wärmebedarf die inerten Bestandteile nicht kondensieren und keine latente Wärme
abgeben können. Weiterhin muß der Werkstoff porenfrei sein, gut wärmeleitend, einfach
und absolut dicht fügbar, beispielsweise schweiß- oder lötbar, und eine hinreichende
mechanische
Festigkeit zur Aufnahme mechanischer Belastungen aufweisen.
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Durch die mechanische Bearbeitung der ineinandergreifenden Teile dc
doppelwandgen Calettenmantels mit den nach innen bzw- nnel außen ragenden Vorsprüngen
ist die bekannte Galette außerdem fertigungstechnisch sehr aufwendig.
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Andere Vorschläge, wie beispielsweise nach der DE-OS 22 49 519 oder
der DE-OS 22 61 459tversuchen eine Vergleichmäßigung der Galettenmanteltemperatur
dadurch herbeizuführen, daß im Galettenmantel axial verlaufende Bohrungen angeordnet
sind, die teilweise mit der unter ihrem eigenen Dampfdruck stehenden Wärmeträgerflüssigkeit
gefüllt und nach außen hermetisch verschlossen sind.
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Nachteilig hierbei ist es, daß eine Mehrzahl von Präzisionstieflochbohrungen
hererestellt werden muß, die jeweils einzeln mit einer ganz bestinrnten Menge der
Wärmeträgerflüssigkeit zu füllen, zu evakuieren und absolut dicht zu verschließen
sind. Der erforderliche mechanische Bearbeitungsaufwand und die von qualifizierten
Fachkräften zusätzlich auszuführenden Arbeitsgänge bei der Herstellung solcher Galetten
-einschließlich ihrer meßtechnischen Überprüfung - ist sehr hoch und für viele Anwendungsfälle
nicht vertretbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Walzen oder Galetten
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art baulich so zu vereinfachen, daß
der personelle und maschinelle Aufwand bei der Herstellung der Walzen oder Galetten
vereinfacht wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit dem im Ilennzeichenteil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal.
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Danach liegt der Hohlkörper als an ihren Enden hermetisch verschlossene
und als Wärmerohr ausgebildete Rohrschlange vor, die an der Innenwand des Galettenmantel.'
wärmeleitend anliegt. Im Unterschied zu den bekannten Lösungen ist es daher nicht
erforderlich, am Umfang des Galettenmantels eine Mehrzahl von gleichmäßig verteilten
Tieflochbohrungen herzustellen und diese einzeln mit einer definierten Flüssigkeitsmenge
zu füllen, einzeln zu evakuieren und hermetisch abzudichten. Gemäß der Erfindung
ist der Füllvorgang für die gesamte Walze oder Galette sehr vereinfacht und zeitsparend,
da die Rohrschlanc3e,nach dem Füllen mit der 17äiz.1eträgerflüssigkeit mit einfachen
Mitteln hermetisch verschlossen werden kann. Hierdurch können herstellungsbedingte,
undichte oder poröse Stellen wegen der insgesamt sehr viel kleineren abzudichtenden
Flächen auf ein Minimum reduziert oder ganz vermieden werden. Dies erspart auch
einen erheblichen Aufwand für Nacharbeiten und zusätzliche Kontrollen.
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In vorteilhafter Weise kann die Rohrschlange aus über den inneren
Umfang des Walzen oder Galettenmantels verteilten Rohren bestehen, die sich im wesentlichen
in axialer Richtung des Walzen- oder Galettenmantels erstrecken und an ihren Enden
durch Rohrbögen mit den benachbarten Rohren mäanderförmig verbunden sind. Noch einfacher
ist die Herstellung der Rohrschlange aus einem nahtlos gezogenen, in gleichen axialen
Abständen mäanderförmig gebogenen Rohr, welches achsparallele Abschnitte mit zugeordneten
Umlenkungen an den Galettenstirnseiten aufweist, wolJ eine derartig hergestellte
flohrsciilange ir.1(luerscilnitt geschen il1 die geometrische Form eines Kreisringes
geformt und in den Galettenmantel eingebaut wird. Die Rohre der Rohrschlangen können
dabei entsprechend der gewünschten Gleichmäßigkeit der Würmeverteilung am Umfang
der Walze oder Galette sehr eng angeordnet werden, so daß die 1800 Rohrbögen, deren
Krümmungsradius
den Abstand der ohre bestimmt, sich gegenseitig berühren. Zur Erhöhung der Wärmeübergangsfläche
der Rohrschlange zum Galettenmantel, in den die Warme übertragen werden soll, bzw.
dessen Wärmeinhalt trotz äußerer Abnehmer an allen Stellen des Mantels annähernd
identisch gleich groß sein soll, ist es ferner vorteilhaft, im Querschnitt oval
ausgebildete Rohre zu verwenden oder die Rohre nach Herstellung der Rohrschlange
oval zu deformieren.
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In einigen Anwendungsfällen hat es sich als bevorzugte Ausführungsform
der Rohrschlange erwiesen, wenn die im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden
Rohre einen Ne gungswln1tel gegen die zur Galettenachse parallelen rTantellinien
aufweisen und somit in Umfangsrichtung gekrümmt verlaufen. Hierdurch erfolgt nicht
nur ein Wärmetransport in der axialen Erstreckung der Walze oder Galette, sondern
auch in deren Umfangsrichtung.
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Schließlich wird angestrebt, die Oberfläche der Rohrschlange mit dem
Walzenmantel im Kontaktbereich innig wärmeleitend zu verbinden, um den Wärmeübergang
und damit die vorgesehene keit und dem Walzeumantel optimal erfüllen zu können.
Hierzu wird die Rohrschlange mit möglichst großer Kontaktoberfläche auf die Innenfläche
des Walzenmantels aufgelötet.
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Bevorzugt ist die Rohrschlange aus Kupferrohren hergestellt.
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Dies hat einerseits den Vorteil der einfachen Bearbeitung, d.h. des
Biegens eines nahtlos gezogenen Rohres zu der Rohrschlange entsprechend der vorliegenden
Erfindung. Andererseits hat dies den Vorteil, daß die r,Jand der Rohrschlange selbst
- bei Verwendung einer Induitionsheizeinrichtung - als Kurzschlußwindung wirken
kann, in welcher die Wärme zum Beheizen der Galette aindestens teilweise erzeugt
wird.
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Es sei jedoch erwähnt, daß die in der Rohrwand der Rohrschlange durch
Induktionswirkung erreichbare Temperatur für viele Anwendungsfälle bei der Chemiefaserherstellung
nicht ausreicht und deshalb die Wärme in einem mit der Rohrschlange innig wärmeleitend
verbundenen Surzschlußring aus Messing oder Rupfer erzeugt wird, mit dem der Galetten-oder
Walzenmantel ausgeschleudert ist oder der als dünnwandiger Hohlzylinder in diesem
Mantel vorliegt. Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß es besonders vorteilhaft
ist, diesen Kurzschlußring als Wickelkörper aus metallisch blankem Draht oder Blech
herzustellen, indem schraubenlinienförmige Windungen dicht bei dicht nebeneinander
gewickelt und unter geringer axialer Vorspannung durch Löten oder dgl. elektrisch
gut leitend miteinander verbunden werden. Hierbei kann der Querschnitt des Drahtes
rund, oval gewalzt oder bevorzugt qudratisch oder rechteckig sein.
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Um den Umfang ist er vernickelt, um beim-Betrieb der Galette oder
Walze bei erhöhten Arbeitstemperaturen und insbesondere bei der Durchführung des
Lötverfahrens eine Verzunderung zu vermeiden.
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Wie sich gezeigt hat, ist die Temperaturgleichmäßigkeit am Galettenmantel
außerordentlich gut und steht den bekannten Lösungen in Iccincr Weise nach. 13e
1 ricl1tiger Dimensionierung des Querschnitts des zu der Rohrs.chlange gebogenen
Rohres legt sich infolge der wirksamen Fliehkräfte die flüssige Phase des Wärmeübertragungsmittels
am radial äußeren Bereich der Rohrwand an, wobei über die Lange der Rohrschlange
ein Ausgleich der Dicke des Flüssigkeitsfilms stattfindet.
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Oberhalb der Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Dampf kann der
im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit stehende Dampf entlangstreichen und bei einer
Teilkondensation -infolge eines Wärmeentzugs an der Galettenoberfläche - wegen des
dabei auftretenden Druckgradienten sofort in hinreichender tienge nachströmen. Überraschenderweise
hat es sich
gezeigt, daß beim An- und Abfahren sowie in laufenden
Betrieb solcher beheizten Walzen oder Galetten keinerlei Probleme durch die Flüssigkeitsverteilung
in der Rohrschlange auftreten. Insbesondere ergeben sich auch eine Schwierigkeiten
infolge von Unwuchten, wenn beispielsweise die Warmletragerflüssig]^eit bei Stillstand
des Aggregates durch die wirkende Schwerkraft ungleichförmig verteilt wird; denn
beim Anlauf der Walze oder Galette wirken solch hohe Zentrifugalbeschleunigungen,
daß die Flüssigkeit längst vor dem Erreichen der Nenndrehzahl als Film mit vollkommen
gleicher Schichtstärke über die Gesamtlänge der Rohrschlange verteilt ist.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist, die Rohrschlange
mit schraubenlinienförmigen Windungen auszubilden, was hinsichtlich der Herstellung
einfacher ist; doch ist diese Lösung nur bedingt brauchbar, da der axiale Temperaturausgleich
infolge des langen, eingängigen Weges wesentlich ungünstiger ist als bei den in
den einzelnen Ansprüchen definierte Lösungen. Besser dagegen ist die Wicklung mehrerer
unabhängiger Wärmerohre - parallel zueinander - in Form steil verlaufender Schraubenlinien.
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Die br'indung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt der beheizbaren Walze oder Galette
gemiß der Erfindung, in welcher der die Induktionsheizspule tragende stationäre
Teil weggelassen ist; Fig. 2 einen Teilquerschnitt der beheizbaren Walze oder Galette
gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der Walze oder
Galette mit modifizierter ohrfürung; Fig. 4 einen Ausschnitt der Walze oder Galette
mit einem gewinkelten Kurzschlußring.
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In Fig. 1 ist eine beheizbare Galette 1 dargestellt, wie sie in mechanisch
ähnlich aufgebauter Form in Streckeinrichtungen von Spinnmaschinen für die Chemiefaserindus7trie
angewandt wird. Der mechanisch konstruktive Aufbau wird deshalb als be]cannt vorausgesetzt
(beispielsweise ähnlich US-PS 4,208,560), so daß in der schematischen Zeichnung
nur die den Erfindungsgegenstand betreffenden Bauteile dargestellt sind. Die Galette
1 nach Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einem äußeren Galettenmantel 2,
welcher an der von der Antriebsseite abgewandten Stirnfläche 3 durch radiale Stege
4 mit einer Nabe 5 verbunden ist. Die Nabe 5 Lst an ihrer 3'nnenf1;ichc 5.1 kegelig
ausgebildet und fest auf die in ihrem Endbereich ebenfalls kegelige Antriebswelle
6 aufgeschoben, wobei eine wärmizeisolierende Schicht zwischen Nabe 5 und Antriebswelle
6 - beispielsweise eine flexible Hülse - vorgesehen ist. Die Nabe 5 ist mit der
Antriebswelle 6 beispielsweise durch eine auf das Gewinde 7 geschraubte Überwurfmutter
8 verspannt. Die Stirnflache 3 der Galette 1 ist durch einen in die Ringnuten 9
eingreifenden, die Überwurfmutter 8 abdeckenden Deckel 10 aus Gründen der Sicherheit
und zum Abdecken von Meßleitungen verschlossen. An der anderen Seite ist der Galettenmantel
2 am Ende des Arbeitsbereiches flanschförmig ausgebildet und außen von einem nicht
dargestellten, ringförmigen rlaschillen teil umgriffen, das mit dem Lagenjehüuse
für die Antricb ;-welle 6 verbunden ist. Durch die Öffnung 11 im Flansch 12 läßt
sich er innere, stationäre Körper (nicht dargestellt) mit der Heizeinrichtung, beispielsweise
Induktionsheizeinrichtung, der am Lagergehäuse befestigt ist, axial einbauen.
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Gemäß der Erfindung ist auf der Innenseite des Galettenmantels 2 eine
dünne Cu-Schicht 13 galvanisch aufgebracht oder aufplattiert. Diese ist mit einer
als Wärmerohr ausgebildeten Rohrschlange 14 durch einen Lötprozeß verbunden.
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In Fig. 1 besteht die Rohrsehlange 14 aus umfangverteilten, im wesentlichen
achsparallel angeordneten Rohren 15, die an itircn in den jeweils durch Rohrbögen
16 mäanderförmig miteinander verbunden sind. Die Rohre 1 5 können gemäß Fig. 3 aber
auch unter einem wählbaren Neigungswinkel zu den achsparallelen DIantellinien, d.h.
über einen bestimmten Umfangsbereich gekrümmt verlaufen, wobei die Anordnung so
getroffen ist, daß die Rohre 15 auf dem Galetteninnenumfang wie zueinander annähernd
parallele Schraubenlinien mit hoher Steigung verlaufen, die zwischen den axialen
Enden der Galetten hin- und herverlaufen.
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Die Rohrschlange 14 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem nahtlos
gezogenen Cu-Rohr, welches in die dargestellte räumliche Cestalt gebogen ist. Die
Rohrschlange wird mit der vorbestimmten Menge derWärmeträgerflüssigkeil gefüllt.
Danach werden beide Enden der Rohrschlange 14 hermetisch verschlossen, beispielsweise
zugelötet. Die Enden erden uragebogen und in die umlaufende lZut 18 des Ringelementes
17 eingelegt, mit welchem die Rohrschlange nach ihrer L-rontage in ihrer Lage gehalten
wird.
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In einem Ausführungsbeispiel wurden die beiden verschlossenen Rohrenden
durch den Ringabschnitt 17 miteinander elektrisch leitend verbunden, so daß die
Rohrwand der Rohrschlange 14 als Kurzschlußring wirkt und in ihr bei Anwendung einer
Induktionsheizeinrichtung Wärme erzeugt wurde Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Galettenmantels
2 mit der
Cu-Schicht 3 und den umfangsverteilten Rohren 15 der
Rohrschlange 14.
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Fig. 3 zeigt - wie bereits oben erwähnt - eine Galette 1, bei der
der Wärmetransport längs der Galette 1 mit achsparalleler und in Umfangsrichtung
vorliegender Komponente erfolgt.
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Schließlich zeigt Fig. 4 die Einzelheit eines'Walzen- oder Galettenmantels
2 mit einem an dessen Innenwand angeordneten Kurzchlußri rig , der aus oval verformtem
oder im Querschnitt rechtcekigem Draht 130 in ong aneinanderliegenden Windungen
gewickelt wurde und bei dem die metallisch blanken Drahtwindungen miteinander zu
einem festen Körper verlötet sind.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Galette 2 Calettenmantcl 3 Stirnfmläche
4 radialer Steg 5 Nabe 5.1 Innenfläche der Nabe 6 Antriebswelle 7 Gewinde 8 überwurfmutter
9 Ringnut 10 Deckel 11 öffnung 12 Flansch 13 Cu-Schicht 14 Rohrschlange 15 Rohr
16 Rohrbogen 17 Ringelement 18 umlaufende Nut 130 Windungen aus Flachdraht (verlötet)
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