DE4016823C2 - Beheizbare Walze, insbesondere Kalanderwalze - Google Patents
Beheizbare Walze, insbesondere KalanderwalzeInfo
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Description
Beheizbare Walzen sind seit langem bekannt. Wenn die
Beheizung von innen erfolgt, weist der Walzenkörper Hohl
räume auf, in denen sich ein fluides Wärmeträgermedium
befindet, welches entweder außerhalb der Walze beheizt
wird und durch die Walze zirkuliert oder in der Walze
verbleibt und durch in der Walze befindliche Heizelemente
auf Temperatur gebracht und gehalten wird.
Die Hohlräume können als über den Umfang dicht nebeneinander
angeordnete achsparalelle dicht unterhalb der Umfangsfläche
der Walze geführte Bohrungen ausgebildet sein oder in einem
zylindrischen Zwischenraum bestehen, der bei einer als Hohl
walze ausgebildeten Walze zwischen deren Innenumfang und
einem im Inneren angeordneten zylindrischen Verdränger
körper verbleibt.
Als Wärmeträgermedium sind heißes Wasser und Dampf be
kannt, die von außen durch die Walze hindurchgeleitet werden.
In der FR-PS 13 43 136 ist eine Walze mit einem inneren
Hohlraum beschrieben, in welchem elektrische Heizelemente
angeordnet sind, die ein Wärmeträgermedium beheizen. Bei der
Elektrodampfheizung wird in der Walze befindliches, einen
Salzgehalt aufweisendes Wasser zwischen Elektroden zum
Sieden gebracht, wodurch Dampf entsteht, der die als Hohl
walze ausgebildete Walze von innen beaufschlagt (siehe H.
Kopsch: Kalandertechnik "Carl-Hanser-Verlag" München, Wien
(1978) Seiten 91-93; DDZ "Plastverarbeiter" 13 (1962) Seiten
268-274). Der Vorteil der beiden letztgenannten Systeme be
steht darin, daß sie flüssigkeitsmäßig abgeschlossen sind
und Drehanschlüsse nur für den Strom erforderlich sind.
Der Nachteil aller vorgenannten Systeme liegt in der
Begrenzung der erreichbaren Temperatur. Bei unter atmos
phärem Druck arbeitenden Systemen mit Wasser ist die
Grenze durch die Siedetemperatur gegeben. Wenn das Wärme
trägermedium Öl ist, ist dessen Zersetzungstemperatur
maßgebend, die 300° im allgemeinen nicht wesentlich
überschreitet. Geschlossene Systeme mit Dampf können
natürlich höhere Temperaturen erreichen, doch ist dies
mit der Entstehung sehr hoher Drücke verbunden, die
besondere konstruktive Ausbildungen der Walze erfordern
und entsprechend aufwendig und unerwünscht sind.
Es sind auch Walzenbeheizungen von außen bekannt,
beispielsweise durch Bestrahlen mit Infrarotleuchten
oder durch Aufblasen von heißer Luft oder Dampf. Diese
Art von Heizungen sind aber nicht für große Wärmeleistungen
geeignet und dienen allenfalls zur lokalen Kaliberkorrektur.
In jüngster Zeit haben induktive Beheizungen des Walzen
mantels an Boden gewonnen, sei es als zusätzliche Beheizung
(DE-PS 34 29 695) oder als einzige Beheizung (EP-OS 159 337).
Auch hierbei ist die Installation ausreichender Wärmeleistungen
mit einem erheblichen Aufwand verbunden und tritt das neue
Problem der Gleichmäßigkeit der Beheizung über die Bahn
breite bzw. die Walzenlänge auf. Gerade wenn besonders
hohe Temperaturen gefordert werden, beispielsweise 300°C bei
der Verfestigung von thermoplastischen Vliesen oder dergleichen,
sind auch die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der
Temperaturverteilung über eine mehrere Meter lange Walze sehr
hoch. Es wird häufig eine Temperaturkonstanz längs der
Walze in der Größenordnung von weniger als 1°C gefordert.
Aus der dem Obergriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden
US-PS 30 20 383 ist eine beheizbare Walze in Gestalt
einer Galette bekannt, die zum Strecken von Kunststoffasern
und ähnlichen Behandlungen dient und einen relativ kurzen
Walzenkörper aufweist, der mit einer an einem Ende vorge
sehenen Nabe auf einer Welle gelagert ist. Der Walzenkörper
umfaßt zwei konzentrische Wandungen, zwischen denen ein
geschlossener innerer Hohlraum kreisringförmigen Quer
schnitts gebildet ist, der mit einer eutektischen Mischung
von Phenyläther und Diphenyl als Wärmeträgermedium gefüllt
ist. In den Hohlraum ragen axial elektrische Heizelemente
hinein, die das Wärmeträgermedium beheizen. Durch den
unmittelbaren Kontakt der Heizelemente mit dem Wärmeträger
medium geht die Wärme von dem Heizelement unmittelbar,
d. h. ohne Überwindung irgendwelcher Trennflächen, in das
Wärmeträgermedium über. Die Gleichmäßigkeit der Beheizung
läßt jedoch zu wünschen übrig, weil im Betrieb das Wärme
trägermedium mitumläuft und praktisch keine Relativbewe
gung zwischen dem Wärmeträgermedium und den Heizelementen
stattfindet. Dies birgt auch die Gefahr lokaler Überhitzun
gen. Hierdurch und durch die Eigenschaften des organischen
Wärmeträgermediums ist im übrigen die am Außenumfang
erreichbare Temperatur begrenzt.
Höhere Temperaturen sind mit der beheizbaren Walze
nach der US-PS 46 29 867 erreichbar, die im wesentlichen
der Walze nach der US-PS 30 20 383 entspricht, bei der
aber die Heizelemente außerhalb des Wärmeträgermesiums
angeordnet sind und die Wärme durch Leitung auf das Wärme
trägermedium übertragen wird. Bei der US-PS 46 29 867
kann als Wärmeträgermedium ein niedrigschmelzendes Metall
vorhanden sein, welches den Hohlraum bis auf ein die
Wärmedehnung berücksichtigendes Gaspolster ausfüllt.
Durch die Verwendung niedrigschmelzender Metalle entsteht
oberhalb der Schmelze bei geeigneter Auswahl des Metalls
kein nennenswerter Dampfdruck des Wärmeträgermediums
und kann daher die Temperatur des Wärmeträgermediums
auf Werte gesteigert werden, die wesentlich über denen
der bisher verwendeten Wärmeträgermedien liegen, ohne
daß unmäßige Anforderungen an die Druckfestigkeit des
Walzenkörpers zu stellen wären. Die Wärmekapazität niedrig
schmelzender Metalle ist zwar niedriger als diejenige
von Wasser, welches insoweit das ideale Wärmeträgermedium
darstellt, doch wird dieser Nachteil durch die leichte
Erreichbarkeit hoher Temperaturen wieder wettgemacht.
Die Heizelemente sind bei der US-PS 46 29 867 in
der radial inneren Wandung des Hohlraums angeordnet.
Hierbei ist der durch Wärmeleitung zu überwindende Wärme
transportweg bis zum Außenumfang der Walze sehr groß
und die Transportleistung schon dadurch beschränkt. Der
Wärmeübergang von den elektrischen Heizelementen auf
das umgebende Material ist durch die vorhandene Trenn
fläche behindert. Sobald die Walze auf Drehzahl gekommen
ist, legt sich das niedrigschmelzende Metall an die äußere
Wandung des Hohlraums an und legt die innere Wandung,
in der die Heizelemente angeordnet sind, frei, weil ja
der Hohlraum wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungen
des niedrigschmelzenden Metalls und der den Hohlraum
bildenden Konstruktion nicht vollständig mit dem nie
drigschmelzenden Metall gefüllt sein kann. Dadurch wird
der Wärmeübergang erst recht verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Walzen
der in Rede stehenden Art besonders gleichmäßige und
hohe Temperaturen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wieder
gegebene Erfindung gelöst.
Als niedrigschmelzende Metalle im Sinne der Erfindung
sollen solche Metalle verstanden sein, deren Schmelzpunkt
unter etwa 600°C liegt, also beispielsweise Zinn, Blei
und entsprechende Legierungen. Auch die sogenannten Wood'schen
Metalle (siehe Römpp's Chemie-Lexikon, 8. Auflage (1988)
Band 6, Spalte 4647; Ullmanns Enzyklopädie der technischen
Chemie, 3. Auflage (1967) Band 18, Seite 643) kommen
in Betracht.
Die Heizelemente verbleiben bei der Erfindung stets
in unmittelbarem wärmeleitendem Kontakt mit dem niedrig
schmelzenden Metall, welches mittels der Umwälzeinrichtung
in Längsrichtung der Walze zusätzlich umwälzbar ist,
so daß sich innerhalb des niedrigschmelzenden Metalls
keinerlei Temperaturgefälle ausbilden kann und eine be
sondere Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung am arbei
tenden Walzenumfang sichergestellt ist.
Eine solche Umwälzeinrichtung kann im einzelnen in
der in Anspruch 2 wiedergegebenen Weise ausgebildet sein.
Hierdurch ergibt sich ein Umlauf des niedrigschmel
zenden Metalls im Gegenstrom ohne starke Verwirbelung.
Der Transporteffekt der mitumlaufenden schraubenförmigen
Leitfläche ist am ausgeprägtesten, wenn das niedrig
schmelzende Metall die Hohlraumanordnung nur zu einem
Teil ausfüllt.
Eine alternative Ausführungsform der Umwälzeinrichtung
ist Gegenstand des Anspruchs 3. Die nicht mitumlaufende
schraubenförmige Leitfläche wirkt im Innern des Hohlraums
wie ein Rührer.
Zur Vermeidung von Oxidationsprozessen wird zweckmäßig
der freie Raum oberhalb des Spiegels des niedrigschmel
zenden Metalls mit einem inerten Gas gefüllt (Anspruch 4).
Die Enden der Walze haben in vielen Fällen eine von
dem Mitteilteil abweichende Temperatur. Die Temperatur
kann niedriger sein, weil durch den Walzenzapfen Wärme
abgeführt wird. Die Temperatur kann aber auch höher sein,
wenn sich die Heizwirkung der Heizelemente unvermindert
bis an die Enden erstreckt und diese Enden nicht mehr
von der Bahn bedeckt sind, die im Mittelbereich Wärme
abführt.
Um in solchen Fällen eine Temperaturvergleichmäßigung
herbeiführen zu können, kann sich die Anbringung zusätz
licher Temperierelemente (Anspruch 5) empfehlen, die
entweder Heizelemente oder Kühlelemente sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch
in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 und 2 geben Teillängsschnitte durch die Enden
erfindungsgemäßer Walzen wieder.
Die in Fig. 1 als Ganzes mit 40 bezeichnete Walze
umfaßt eine Hohlwalze 1, deren Außenumfang 2 den arbei
tenden Walzenumfang bildet und deren Innenumfang 3 einen
zur Achse 4 des Außenumfangs 2 konzentrischen zylindrischen
Hohlraum 5 begrenzt.
An die Enden der Hohlwalze 2 sind Walzenzapfen 6
angesetzt, die über Lager 7 in einem nicht dargestellten
Maschinenständer gelagert sind.
In dem Hohlraum 5 der Hohlwalze 2 ist ein zur der
Achse 4 konzentrischer zylindrischer Verdrängerkörper 8
in Gestalt eines Rohres angeordnet, welches an den Enden
stumpf gegen jeweils eine in der Nähe des Endes der Hohl
walze 2 angeordnete, den Hohlraum 5 nach außen abschlie
ßende Endscheibe 9 gesetzt und dort verschweißt ist.
In dem zwischen dem Außenumfang 11 des Verdränger
körpers 8 und dem Innenumfang 3 der Hohlwalze 2 bestehenden
zylindrischen Zwischenraum 12 erstrecken sich über den
Umfang gleichmäßig verteilte, über die Länge des Zwischen
raums 12 durchgehende achsparallele elektrische Heiz
elemente 20, die mit der Endscheibe 9 verlötet oder ver
schweißt sind. Außerhalb der Endscheibe 9 sind die An
schlüsse der stabförmigen Heizelemente 20 gelegen und
können durch die Bohrung 17 des Walzenzapfens 6 über
einen geeigneten Drehanschluß mit Strom versorgt werden.
Der Zwischenraum 12 zwischen Hohlwalze 2 und Ver
drängerkörper 8 ist teilweise mit einem niedrigschmelzen
den Metall 18 gefüllt, welches zur Vermeidung von zu
großen thermischen Spannungen den Zwischenraum 12 nicht
völlig ausfüllt. In dem in der Zeichnung dargestellten
Zustand, in welchem die Walze 10 nicht umläuft, bildet
das niedrigschmelzende Metall 18 also einen Spiegel 19.
Beim Umlauf der Walze 10 legt sich das niedrigschmelzende
Metall 18 gleichmäßig gegen den Innenumfang 3 der Hohl
walze 2. Die Menge sollte so bemessen werden, daß in
beiden Zuständen die Heizelemente 20 ganz innerhalb des
niedrigschmelzenden Metalls 18 sich befinden, um den
Wärmeübergang aus den Heizelementen 20 nicht zu beein
trächtigen.
Oberhalb des Spiegels 19 ist der Zwischenraum mit
einem inerten Gas gefüllt, welches Oxidationserscheinungen
des niedrigschmelzenden Metalls unterbindet, die sonst
besonders angesichts der relativ hohen Temperaturen ein
treten könnten.
Das niedrigschmelzende Metall 18 besteht in dem ge
zeigten Ausführungsbeispiel aus Zinn, welches einen Schmelz
punkt von 232°C hat und gleichzeitig einen besonders
niedrigen Dampfdruck sowie keinerlei Aggressivität gegen
über Stahl aufweist.
Der Verdrängerkörper 8 weist an seinen Enden innen
seitig der Endscheibe 9 Lochungen 29 auf, durch die flüs
siges niedrigschmelzendes Metall 18 in das Innere des
rohrförmigen Verdrängerkörpers 8 eintreten kann.
Am Außenumfang des Verdrängerkörpers 8 ist eine schrau
benförmige Leitfläche 25 aus einem um den Verdrängerkörper
8 gelegten Blechstreifen angebracht, dessen Spur in einer
durch die Achse gehenden Schnittebene senkrecht zu dieser
Achse verläuft. Die Heizelemente 20 durchgreifen die
Leitfläche 25 in entsprechenden Lochungen und dienen
gleichzeitig zur Halterung der Leitfläche 25. Beim Umlauf
der Walze 1 läuft die Leitfläche 25 mit um und übt auf
das den Hohlraum 5 nur teilweise ausfüllende niedrigschmel
zende Metall einen Transporteffekt aus, der, wenn die
Walze gemäß Fig. 1 von rechts gesehen sich entgegen dem
Uhrzeigersinn dreht, eine Verlagerung des flüssigen niedrig
schmelzenden Metalls 18 nach rechts ergibt. Das flüssige
niedrigschmelzende Metall 18 tritt durch die dortige
Öffnung 29 in das Innere des Verdrängerkörpers 8 ein
und strömt darin zurück, so daß sich in dem Hohlraum 5
eine Strömung nach rechts, in dem Verdrängerkörper 8 eine
Strömung nach links ergibt, die zu einer Vergleichmäßigung
der Temperatur längs der Walze 1 führt.
Soweit in Fig. 2 funktionell gleiche Teile vorhanden
sind, sind die Bezugszahlen gleich.
Bei der Walze 50 der Fig. 2 fehlt ein Verdrängerkör
per. Der Hohlraum 5 ist der Länge nach konzentrisch von
einer Stange 27 durchsetzt, die von einer schraubenförmigen
Leitfläche 26 umwunden ist, deren Spur in einem durch
die Achse gehenden Längsschnitt ebenfalls zu der Achse
senkrecht ist. Beim Umlauf der Walze 1 steht die Stange
27 mit der Leitfläche 26 fest. Die Endscheibe 9 dreht
sich also gegenüber der Stange 27 und ist mittels einer
Dichtung 28 abgedichtet.
Das flüssige niedrigschmelzende Metall 18 wird durch
die Mitnahme am Innenumfang 3 der Walze 1 in Drehung
versetzt und im Bereich der schraubenförmigen Leitfläche
in Achsrichtung gefördert, um radial außerhalb dieses
Förderbereichs zurückzuströmen. Im übrigen entspricht
die Walze 50 der Walze 40.
Claims (5)
1. Beheizbare Walze, insbesondere Kalanderwalze,
mit einem zur Achse (4) konzentrischen zylindrischen
inneren Hohlraum (5), der mit einem Wärmeträgermedium
gefüllt ist und mit diesem ein geschlossenes System bil
det,
mit in dem Hohlraum (5) angeordneten elektrischen Heizelementen (20) zur Erwärmung des Wärmeträgermediums, die sich mit dem Wärmeträgermedium in wärmeleitender Berührung befinden,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wärmeträgermedium ein niedrigschmelzendes Metall dient und eine Umwälzeinrichtung vorgesehen ist, mittels deren das flüssige niedrigschmelzende Metall (18) in Längsrichtung der Walze (40, 50) umwälzbar ist.
mit in dem Hohlraum (5) angeordneten elektrischen Heizelementen (20) zur Erwärmung des Wärmeträgermediums, die sich mit dem Wärmeträgermedium in wärmeleitender Berührung befinden,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wärmeträgermedium ein niedrigschmelzendes Metall dient und eine Umwälzeinrichtung vorgesehen ist, mittels deren das flüssige niedrigschmelzende Metall (18) in Längsrichtung der Walze (40, 50) umwälzbar ist.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umwälzeinrichtung eine den Verdrängerkörper (8)
schraubenförmig umgebende mitumlaufende Leitfläche (25)
umfaßt und der Verdrängerkörper (8) an den Enden Öffnun
gen (29) aufweist, durch die das flüssige niedrigschmel
zende Metall (18) in das Innere des Verdrängerkörpers
(8) eintreten und dort zurückströmen kann.
3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umwälzeinrichtung eine in dem Hohlraum (5) ange
ordnete, beim Umlauf der Walze (10) nicht mitumlaufende
schraubenförmige Leitfläche (26) umfaßt.
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hohlraum (5) oberhalb des Spiegels
(19) des niedrigschmelzenden Metalls (18) mit einem inerten
Gas gefüllt ist.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Enden der Walze (10) zusätzliche
Temperierelemente (20′) vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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- 1990-05-25 DE DE19904016823 patent/DE4016823C2/de not_active Expired - Fee Related
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