DE4319868A1 - Eleketrisch beheizbare Kalanderwalze - Google Patents
Eleketrisch beheizbare KalanderwalzeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine beheizbare Kalanderwalze zur Bearbeitung
bahnartiger Materialien mit einem Walzenkörper und beidseitig an
diesen angesetzten, vorzugsweise separat erstellten und mit diesem,
bspw. durch Verschrauben, verbundenen Walzenzapfen sowie mit zum
Beheizen vorgesehenen elektrischen Heizelementen.
Beheizbare Walzen sind bereits aus der DE-OS 27 50 047 bekannt. Ins
besondere zur thermischen Kalibrierung werden hier Längenabschnitte
von Walzen durch unterschiedliche Mittel, bspw. Gase oder Heiß
luftströme, aber auch elektrisch, bspw. mittels induktiv erzeugter
Wirbelströme, beheizt. Vielfach werden entsprechend den DE-GM 84 10 839
und 84 36 564 extern aufgeheizte, Wärme übertragende Medien
über in Walzenzapfen vorgesehene Bohrungen im Walzenkörper unterhalb
dessen Mantels vorgesehenen achsparallelen Kanälen oder einem
zwischen dem Innenmantel des Walzenkörpers und dem Außenmantel eines
in diesen eingebrachten Verdrängerkörpers gebildeten Strömungsraum
eingeführt, so daß sie beim Durchströmen der Kanäle bzw. des Strö
mungsraumes deren Wandungen auf eine vorgegebene Temperatur auf
zuheizen vermögen, die sich der Walzenoberfläche mitteilt. Hierbei
können die an die Walzenzapfen angeschlossenen Schläuche im Falle
ihres Verschleißes Gefahr heraufbeschwören, daß auf Temperaturen
zwischen 100 und 200° erhitztes, Wärme übertragendes Medium freige
setzt wird.
Nach der FR-PS 13 43 136 werden im Innenraum eines hohlzylindrisch
ausgebildeten Walzenkörpers elektrische Heizelemente untergebracht,
welche den Walzenkörper über ein kontaktierendes, die Wärme über
tragendes Medium beheizen. Als vorteilhaft erweist sich hier, daß
Flüssigkeit nur in einem inneren, abgedichteten System auftritt und
der zum Beheizen erforderliche, elektrische Strom über Schleifringe
problemlos zuführbar ist.
Da bei Wasser als Wärme übertragendem Medium die zu übertragenden
Temperaturen durch dessen Dampfdruck begrenzt sind, während bei der
Verwendung von Ölen deren Zersetzungstemperatur eine oft als zu
niedrig empfundene Grenze bildet, wird in der DE-OS 40 16 823
empfohlen, als Wärme übertragendes Medium ein niedrig schmelzendes
Metall vorzusehen, das im Bereiche der einzuhaltenden Betriebs
temperaturen aufgeschmolzen ist und als Schmelze bzw. Flüssigkeit
vorliegt, die keinen wesentlichen Dampfdruck zeigt und zur Ver
gleichmäßigung der Wärmeübertragung sich umwälzen läßt. Etwa gleich
zeitig wird in der DE-OS 40 33 986 empfohlen, als ausgleichendes,
Wärme verteilendes und übertragendes Medium Wasser zu verwenden,
das unter Belassung von Hohlräumen eingegeben ist, so daß zusätzlich
zum Konvektionseffekt noch Siede- und Kondensationseffekte treten.
Die hierbei erreichbare Temperatur erweist sich als in vielen Fällen
zu niedrig und läßt sich im Bedarfsfalle auch schlecht ändern, da
sie durch den Siedepunkt der zur Konvektion vorgesehenen Flüssigkeit
bestimmt ist. Flüssige Metalle dagegen lassen zwar höhere Temperatu
ren zu, sind gegen Leckagen aber ebenfalls empfindlich.
Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Kalanderwalze
zu schaffen, die sich vermittels elektrischer Heizelemente leicht
und einfach beheizen läßt, und deren Heizelemente einen guten
Wärmeübergang zum Walzenkörper aufweisen, ohne daß hierbei Flüssig
keiten eingesetzt werden oder verbliebene Spalte den Wärmeübergang
beeinträchtigen.
Gelöst wird diese Aufgabe, indem die Heizstäbe umgebende Zwischen
räume durch ein Metall bzw. eine Metallegierung ausgefüllt sind,
deren Schmelzpunkt oberhalb der im Betriebe erreichten maximalen
Oberflächentemperatur der Heizstäbe liegt. Im einzelnen werden bei
unterhalb der Mantelfläche des Walzenkörpers vorgesehenen, achspar
allelen, der Beheizung dienenden Kanälen die Heizstäbe in diesen
Kanälen angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Innenwänden
der Kanäle und den Mänteln der Heizstäbe durch das Metall bzw. die
Metallegierung ausgefüllt, und bei rohrförmigen Walzenkörpern können
die Heizelemente entlang des Innenmantels des Walzenkörpers vor
gesehen sein und in bis zu diesem Innenmantel des Walzenkörpers
reichenden Metall- oder Metallegierungen eingebettet sein, deren
Schmelztemperatur oberhalb der im Betriebe erreichten maximalen
Oberflächentemperatur der Heizstäbe liegt. Hierdurch wird durch
metallischen Kontakt eine gute Wärmeübertragung erreicht, ohne daß
aufgeheizte Flüssigkeiten zu verwenden sind, die durch Lecks entwei
chen könnten, so daß ein relativ einfacher, stabiler und betriebs
sicherer Aufbau erreicht wird.
Die Erfindung weiterbildende Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Im einzelnen werden die Kennzeichen der Erfindung anhand der folgen
den Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit diese
darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
Fig. 1 schematisch und abgebrochen den Längsschnitt einer
Kalanderwalze,
Fig. 2 vergrößert und abgebrochen einen Abschnitt eines
Kanales der Fig. 1, und
Fig. 3 beidseitig abgebrochen den Längsschnitt einer weite
ren Kalanderwalze.
In der Fig. 1 ist längsgeschnitten und linksseitig abgebrochen eine
Kalanderwalze 1 gezeigt, deren Walzenkörper 2 beidseitig mit
Flanschzapfen 3 verbunden ist, die mit Ansätzen zentrierend in den
Walzenkörper eingreifen und vermittels der Randbereiche ihres
Flansches mit dem Walzenkörper durch Schrauben verspannt sind. In
dem Walzenkörper 2 sind in relativ kurzen Abständen unterhalb von
dessen Mantel jeweils achsparallele Kanäle 4 angeordnet, die zur
Aufnahme der Heizelemente 5 dienen, wie im vergrößerten Ausschnitt
der Fig. 2 dargestellt ist. Die Heizelemente 5 sind in die relativ
langen Kanäle 4 eingeschoben und füllen diese weitgehend, aber nicht
völlig aus. Die hier gebildeten Zwischenräume sind mit dem Metall
6 ausgefüllt, das somit sowohl mit dem Außenmantel der Heizelemente
5 als auch mit dem Innenmantel der Kanäle 4 festen Kontakt hat und
damit einen Wärmeübergang geringen Widerstandes darstellt.
Der dargestellte Flanschzapfen 3 ist mit zwei, bei der Verwendung
von Drehstrom mit drei Schleifringen 7 ausgestattet, die auf einer
Isolierbuchse 8 fest und elektrisch voneinander isoliert gehalten
sind. Den Kontakt zu den Schleifringen vermitteln Bürsten 9, deren
Zuleitungen und Halterungen zur Vereinfachung der Darstellung nicht
dargestellt sind.
Das Metall 6 kann ein reines Metall sein, es kann sich aber auch
um eine Legierung von zwei oder mehreren Metallen handeln. Man wird
das Metall bzw. die Legierungen nach einem empfehlenswert niedrigen
Wärmewiderstand ebenso aussuchen wie deren Fähigkeit, sowohl mit
dem Mantel der Heizelemente als auch dem Innenmantel des Walzenkör
pers einen guten Kontakt zu bilden. Berücksichtigt wird hierbei,
daß bei Legierungen der Wärmewiderstand mit dem Legierungsverhältnis
steigt.
Zum Einbringen des Metalles gibt es im wesentlichen zwei Möglichkei
ten. Das Metall kann in die Zwischenräume eingegossen werden; hier
empfiehlt sich ein relativ niedriger Schmelzpunkt des Metalles bzw.
der Legierung, so daß ohne allzu große Aufheizung des Walzenkörpers
das Eingießen erfolgen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
das Metall oder eine Metallegierung in Form von Pulver einzuschütten
bzw. einzublasen und tunlichst auch zu Verdichten bzw. zu Verpres
sen. Insbesondere im letzten Falle kann es sich als vorteilhaft
herausstellen, vor dem dichtenden Abschließen der das Metallpulver
enthaltenden Kammer ein Inertgas zuzuführen, um einer oberflächli
chen Oxidation des Metallkörpers tunlichst zu begegnen.
In der Fig. 1 ist der Walzenkörper massiv dargestellt, obwohl in
der Praxis zur Gewichtseinsparung oft mindestens die innere, neutra
le Zone ausgebohrt wird. Es sind aber auch rohrförmige Walzenkörper
bekannt, die bei meist geringerer Wandstärke auf gesondert gebohrte
Kanäle verzichten. Bei bspw. mit aufgeheiztem Öl beheizten Kalander
walzen ist in solchen Fällen ein Verdrängerkörper eingeschoben, der
als Passage für das aufgeheizte Öl den Zwischenraum zwischen dem
Innenmantel des Walzenkörpers und dem Außenmantel des Verdrängerkör
pers bietet. In analoger Weise können auch die gemäß der Erfindung
vorzusehenden Heizelemente 10 entlang des Innenmantels eines im
wesentlichen rohrförmigen Walzenkörpers 11 angeordnet sein. Hierbei
besteht einerseits die Möglichkeit der Verwendung stabförmiger,
achsparallel angeordneter Heizelemente 10 wie auch die Möglichkeit,
ringförmige, in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Heizele
mente vorzusehen. In jedem Falle kann hierbei die thermische Ver
bindung durch ein Metall 12 oder eine Metallegierung gebildet
werden, die nach Einbringen der Heizelemente bspw. im Schleuderguß
aufgegossen wird, so daß das Metall 12 einerseits direkt auf dem
Innenmantel des Walzenkörpers 11 aufliegt und andererseits die
Heizelemente 10, sie umschließend, einbettet. Es besteht aber auch
die Möglichkeit, einen Verdrängerkörper zu benutzen, dessen Mantel
13 in der Fig. 3 dargestellt ist und der entweder beim Gießen als
Formwand arbeitet oder aber beim Einbringen von Metallpulver den
von diesem eingenommenen Raum begrenzt.
In jedem dieser Fälle wird eine relativ problemlos zu beschaffende
und zu versorgende Heizeinheit geschaffen, die durch während des
Betriebes festbleibendes Metall eine gute und empfehlenswerte
Wärmeableitung von den Heizelementen zum Walzenkörper ohne Abdich
tungsprobleme ergibt, und die auch in Längsrichtung der Walzen
auszugleichen und eventuelle Temperaturgradienten abzubauen vermag.
Eine günstige Verbindung wird im allgemeinen im Falle des Eingießens
des Metalles erwirkt, wo selbst schmalste Zwischenräume durch die
Kapillarwirkung von der eingebrachten Schmelze ausgefüllt werden.
Bei der Auswahl des einzubringenden Materiales werden der Wärmeleit
wert und die erreichbare Wärmeübergangszahl sowie deren Schmelzpunkt
die Auswahl beeinflussen. Den Wärmeleitwert und die Übergangszahl
wird man so hoch als möglich wählen, und den Schmelzpunkt nur so
hoch, daß ein sicheres Einbringen der Schmelze möglich ist, ohne
daß die Heizelemente gefährdet werden. Es ist jedenfalls aber nicht
wünschenswert, daß die Schmelztemperatur des Metalles bzw. der
Legierung im normalen Betriebe der Kalanderwalze erreicht wird. Bei
in Form von Stücken oder Pulver eingebrachtem Material kann der
Schmelzpunkt beliebig hoch angesetzt werden. Hier ist jedoch dafür
Sorge zu tragen, daß nicht bspw. durch oberflächliche Oxidation oder
dergleichen der Wärmeübergang beeinträchtigt werden kann. Es besteht
aber durchaus die Möglichkeit, auch an sich empfindliche Materialien
zu benutzen und zusätzlich ein Inertgas, bspw. ein Edelgas, ein
zufüllen und durch Abdichtung, Vergießen oder dergleichen einzusie
geln. Es besteht auch die Möglichkeit, grundsätzlich durch Eingabe
von aushärtenden Klebern die Formkonstanz zu steigern und das
Material gegen den direkten Luftzutritt zu schützen.
Die elektrische Heizung hat sich nicht nur bezüglich der Versorgung
als zweckmäßig erwiesen, sie läßt sich auch schnell und relativ
einfach in ihrer Wirksamkeit steuern bzw. regeln, so daß als optimal
erkannte Temperaturen der Walzenoberfläche schnell herbeiführbar
sind und sicher aufrecht erhalten werden können. Hierbei hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, in den Walzenkörper weitere Bohrungen bzw.
Ausnehmungen einzubringen und in diese die jeweilige temperaturer
fassende Sensoren einzubringen. In der Fig. 1 sind Thermoelemente
14 dargestellt, deren eines im Randbereich der Walze und deren
anderes etwa mittig vorgesehen sind. Über weitere, nur gering
belastete Schleifringe können die Anschlüsse der Thermoelemente 14
zum nächsten Schaltstand und/oder zu einer Regeleinrichtung geführt
werden, und können dazu benutzt werden, die jeweiligen Temperaturen,
beispielsweise am Walzenende und mittig des Walzenmantels, anzuzei
gen und/oder als Sollwert einer Regelvorrichtung benutzt werden,
welche, den Heizelementen 5 bzw. 10 vorgeordnet, deren Wirksamkeit
bestimmt. Hierbei ist es auch möglich, die in Kanäle 4 eingebrachten
bzw. in Walzenkörper 11 unterfangenden Heizelemente 10 in axialer
Richtung aufzuteilen, so daß die Temperaturen in mittleren Bereichen
des Mantels des Walzenkörpers 2 sowie in den Endbereichen des
Mantels separat einregelbar sind, wobei auf die gleiche Oberflächen
temperatur eingeregelt werden kann und die einzelnen axialen Ab
schnitte der Heizelemente nur benutzt werden, um über die Länge des
Walzenmantels gleiche Temperaturen zu erreichen, oder aber im
Bedarfsfalle auch unterschiedliche Temperaturen vorgegeben werden
können. Auch hier bewährt es sich, den Kontakt zwischen den Thermo
elementen und den Wandungen der Kanäle 4 bzw. dem Innenmantel des
Walzenkörpers durch Einbringen von Metallen zu intensivieren.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine Wechselstromheizung
dargestellt. Üblicherweise wird man Drehstrom verwenden und drei
bzw. vier Schleifringe vorsehen, wobei im letzteren Falle einer für
die Erdung genutzt werden kann. In jedem dieser Fälle wird eine
leicht aufheizbare, betriebssichere Kalanderwalze langer Standzeit
erreicht.
Liste der Bezugszeichen
1 Kalanderwalze
2 Walzenkörper
3 Flanschzapfen
4 Kanäle
5 Heizelemente
6 Metall (eingegossen)
7 Schleifringe
8 Isolierachse
9 Bürsten
10 Heizelemente
11 Walzenkörper
12 Metall
13 Mantel eines Verdrängerkörpers
2 Walzenkörper
3 Flanschzapfen
4 Kanäle
5 Heizelemente
6 Metall (eingegossen)
7 Schleifringe
8 Isolierachse
9 Bürsten
10 Heizelemente
11 Walzenkörper
12 Metall
13 Mantel eines Verdrängerkörpers
Claims (9)
1. Beheizbare Kalanderwalze zur Bearbeitung bahnartiger Materia
lien mit einem Walzenkörper und beidseitig an diesen angesetz
ten, vorzugsweise separat erstellten und mit diesem, bspw.
durch Verschrauben, verbundenen Walzenzapfen und mit unterhalb
der Mantelfläche des Walzenkörpers vorgesehenen, achsparalle
len, der Beheizung dienenden Kanälen sowie mit zum Beheizen
vorgesehenen stabförmigen elektrischen Heizelementen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizelemente (5) in den Kanälen (4) angeordnet sind
und die Zwischenräume zwischen den Innenmänteln der Kanäle (4)
und den Mänteln der Heizelemente (5) durch ein Metall (6) bzw.
eine Metallegierung ausgefüllt sind, deren Schmelzpunkt ober
halb der im Betriebe erreichten maximalen Oberflächentemperatur
der Heizelemente liegt.
2. Beheizbare Kalanderwalze zur Bearbeitung bahnartiger Materia
lien mit einem rohrförmigen Walzenkörper und beidseitig an
diesen angesetzten, vorzugsweise separat erstellten und mit
diesem bspw. durch Verschrauben verbundenen Walzenzapfen sowie
mit zum Beheizen vorgesehenen elektrischen Heizelementen,
dadurch gekennzeichnet,
daß entlang des Innenmantels des Walzenkörpers (11) Heizele
mente (5) angeordnet sind, und daß die Heizelemente in bis
zu dem Innenmantel des Walzenkörpers (11) reichendem Metall
(12) bzw. einer Metallegierung eingebettet sind, deren Schmelz
temperatur oberhalb der im Betriebe erreichten maximalen
Oberflächentemperatur der Heizelemente liegt.
3. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (6, 12) bzw. die Metallegierung eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aufweist.
4. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (6, 12) bzw. die Metallegierung in Form eines
Pulvers ein- oder aufgebracht ist.
5. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (6, 12) bzw. die Metallegierung zwischen den
Innenmantel eines Walzenkörpers (11) und den Außenmantel (13)
eines Verdrängerkörpers eingebracht ist.
6. Beheizbare Kalanderwalze nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Heizelemente (5, 11) umhüllende Metall (6, 12) bzw.
die Metallegierung einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem
des Materiales des die Heizelemente (5, 10) umhüllenden Mantels
und unter dem des Materiales des Walzenkörpers (2, 11) liegt,
und daß das Metall (6, 12) bzw. die Metallegierung als Schmelze
ein- bzw. aufgegossen ist.
7. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Walzenkörper (2, 11) eine oder mehrere Thermoelemente
(14) zur Temperaturerfassung und/oder -regelung vorgesehen
sind.
8. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Thermoelemente (14) in größerem Abstand von der Walzen
achse vorgesehen sind als die Heizelemente (5, 11).
9. Beheizbare Kalanderwalze nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß Thermoelemente (14) in unterschiedlichen Längenbereichen des
Walzenkörpers (2, 11) vorgesehen sind und die Heizelemente in
diesen Längenabschnitten zugeordnete Abschnitte aufgeteilt
sind.
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