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Die vorliegende Erfindung betrifft eine im folgenden als Heißwalze bezeichnete
Heizwalze, die mit einer Rotationsmaschine als Antrieb der Heißwalze verbunden ist,
insbesondere eine Heißwalze mit eingebautem Motor (siehe NL-A-6.804.721).
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Heißwalzen werden bei Herstellungsverfahren in Fabriken für synthetische
Chemiefasern eingesetzt.
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Eine Heißwalze besitzt z.B. eine in Fig. 1 oder 2 dargestellte Struktur, wobei Dampf in
das Innere einer Walze geblasen wird oder eine Heizspule im Inneren einer Walze
vorgesehen ist.
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In Fig. 1 kennzeichnen die Bezugszeichen 30 und 20 eine Heißwalze bzw. eine
Rotationsmaschine als Antrieb der Heißwalze. Die Rotationsmaschine 20 als Antrieb der
Heißwalze 30 umfaßt einen Motor 21, der über einen Motorflansch 22 fix an einem
Mechanismus zur Montage des Motors 21 befestigt ist. Der Motor 21 besitzt eine Welle
23, die vom Motorflansch 22 an ihren Endabschnitt über ein Lager 24 drehbar
abgestützt und mit einer Rotationswelle 32 eines Rotors 31 der Heißwalze 30
verbunden ist.
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In einem Innenraum des Rotors 31 der Heißwalze 30 ist eine Heizspirale 34 fix an einer
Außenfläche eines Heißwalzenbossenabschnitts 33 befestigt, der mit dem Motorflansch
22 verbunden ist.
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Das Lager 24 ist mit einem (nicht dargestellten) Kühlmechanismus versehen, um das
Lager 24 über ein Kühlgebläse und eine Leitung oder ein Rohr so mit Kühlwasser,
Kühlöl oder dergleichen zu versorgen, daß das Lager 24 dem Temperaturanstieg
innerhalb der Heißwalze 30 aufgrund der durch die Heizspirale 34 und den Motor 21
erzeugten Wärme standhalten kann.
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Der Motor 21 ist mit einem (nicht dargestellten) kühlenden Ventilationsgebläse
ausgestattet, um den Motor 21 vor der durch die Heizspirale 34 und den Motor 21
erzeugten Hitze zu schützen.
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Wenn in einer derartigen Struktur der Motor 21 und die Heizspirale 34 mit einer
vorbestimmten Menge an elektrischem Strom versorgt werden, rotiert die Heißwalze 30
mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, während die Oberflächentemperatur
der Heißwalze 30 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, z.B. im Bereich von
150ºC bis 280ºC, was für das Herstellungsverfahren von synthetischen Fasern
erforderlich ist.
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Obwohl das Beispiel für den Stand der Technik aus Fig. 1 eine derartige Struktur
aufweist, daß die aus Motor und Heißwalze bestehende Anordnung über den Flansch
an einer vertikalen Wandfläche montiert ist, weist ein zweites Beispiel für den Stand der
Technik aus Fig. 2 eine derartige Struktur auf, daß die aus Motor und Heißwalze
bestehende Anordnung über eine Basis 26 auf einer horizontalen ebenen Oberfläche
montiert ist.
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In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit ebensolchen Bezugszeichen versehen. Das
Beispiel aus Fig. 2 unterscheidet sich insofern von Fig. 1, als ein Motorflansch 25 zum
Verbinden des Motors 21 mit der Heißwalze 30 eine andere Form aufweist als der
Motorflansch 22 aus Fig. 1, sodaß der Motorflansch 25 über die Basis 26 fix an einem
Mechanismusabschnitt zur Montage der Anordnung montiert ist.
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Natürlich sind die Spezifikation und Form der Heißwalze und der
Heißwalzenantriebsrotationsmaschine auf die jeweiligen Betriebsbedingungen abgestimmt. Als
Heißwalzenantriebsrotationsmaschine wird aus verschiedenen Motoren, wie z.B.
Induktionsmotoren, Synchronmotoren und dergleichen, gemäß den Erfordernissen der
Spezifikation und der Leistung der Heißwalze ein Motor eines geeigneten Typs mit der richtigen
Spezifikation ausgewählt.
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Bei der Heißwalze mit einer Struktur wie oben beschrieben ist jedoch die Anordnung
aus Heißwalze 30 und Heißwalzenantriebsmechanismus 20 aufgrund der seriellen
Verbindung der Heißwalze 30 und der Heißwalzenantriebsrotationsmaschine 20 so
lang, daß sich die Flächenausnutzung eines mit dieser Anordnung ausgestatteten Werks
verschlechtert.
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Außerdem wird die durch den Motor, d.h. die Heißwalzenantriebsrotationsmaschine,
erzeugte Wärme mittels eines Selbstkühlgebläses, das in einem Endabschnitt der
Motorwelle montiert ist, oder eines Zwangskühlgebläses, das von einem getrennt
vorgesehenen Motor angetrieben wird, so gekühlt, daß die erzeugte Wärmeenergie in
die Atmosphäre entweicht und so verloren geht.
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Weiters befindet sich das Lager 24, das einen Verbindungsabschnitt zwischen der
Heißwalzenantriebsrotationsmaschine 20 und der Rotationswelle 32 des
Heißwalzenrotors 31 darstellt, innerhalb des Heißwalzenrotors 31, um die kritische
Rotationsgeschwindigkeit der Heißwalze 30 über ihre Betriebsrotationsgeschwindigkeit zu
erhöhen. Es ist daher notwendig, einen Kühlmechanismus vorzusehen, da der Abschnitt
des Lagers 24 durch die Wärme der Heizspirale 34 erhitzt wird, wodurch Kühlenergie
vergeudet wird.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die obigen Probleme des Stands der Technik zu
lösen und eine Heißwalze mit eingebautem Motor bereitzustellen, wobei die
Gesamtlänge der Heißwalze einschließlich des Motors verkürzt ist, um so die Flächennutzung
sowie den Wärmewirkungsgrad zu steigern.
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Als Lösung der obigen Probleme kann die vorliegende Erfindung eine Heißwalze mit
eingebautem Motor bereitstellen, in der eine Heizspirale fix an einer Oberfläche des
Außengehäuses des Motors befestigt und eine Rotorwelle des Motors mit der Rotorwelle
eines Heißwalzenrotors verbunden ist, der so ausgebildet ist, daß er die Heizspirale
abdeckt.
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Vorzugsweise wird ein Keramiklager als Lager der Rotorwelle des Motors eingesetzt, um
eine Ölnebelschmierung durchführen zu können.
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Außerdem sind im Heißwalzenrotor vorzugsweise Heizrohre vorgesehen.
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Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird in den folgenden
Ausführungsformen ausführlich beschrieben.
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Fig. 1 ist eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Vorderansicht eines ersten
Beispiels für den Stand der Technik;
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Fig. 2 ist eine teilsweise im Längsschnitt dargestellte Vorderansicht eines zweiten
Beispiels für den Stand der Technik;
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Fig. 3 ist eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Vorderansicht, die eine
Hälfte der Konfiguration der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 4 ist eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Vorderansicht, die eine
Hälfte der Konfiguration der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie X-X aus Fig. 4;
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Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie X-X aus Fig. 4, die ein
Strukturbeispiel zeigt, das sich von jenem aus Fig. 5 unterscheidet; und
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Fig. 7 ist eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Vorderansicht, die eine
Hälfte der Konfiguration der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In den Fig. 3 bis 7 werden die bevorzugten Ausführungsformen der Heißwalze mit
eingebautem Motor gemäß der Erfindung beschrieben.
Ausführungsform 1
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Fig. 3 zeigt die erste Ausführungsform der Erfindung, die dem Flanschmontage-Typ des
ersten Beispiels für den Stand der Technik entspricht, das unter Bezugnahme auf Fig. 1
beschrieben wurde.
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In Fig. 3 ist eine Heißwalze 1 mit eingebautem Motor mittels (nicht dargestellter)
Schrauben durch einen Heißwalzenbossenabschnitt 3 hindurch fix an einer
Heißwalzenmontagefixierplatte 2 befestigt.
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Eine Abdeckung 4 gegenüber der Motorbelastung und eine Abdeckung 5 auf Seiten der
Motorbelastung sind auf der vorderen bzw. hinteren Seite eines zylindrischen
Abschnitts 3a angeordnet, der einstückig mit dem Heißwalzenbossenabschnitt 3
ausgebildet ist, um das Außengehäuse eines Motorabschnitts zu bilden.
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Eine Welle 7 eines Motorrotors 6 wird von der Abdeckung 4 gegenüber der
Motorbelastung bzw. der Abdeckung 5 auf Seiten der Motorbelastung über Lager 8a
bzw. 8b drehbar getragen.
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Ein Motorstator 9 mit einer darin befindlichen Motorantriebswicklung 9a ist fix auf dem
mit dem Heißwalzenbossenabschnitt 3 einstückig ausgebildeten zylindrischen Abschnitt
3a montiert und dem Motorrotor 6 zugewandt.
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Die Motorantriebswicklung 9a wird über einen Verbindungsdraht 9b von einer (nicht
dargestellten) Stromquelle, die eine vorbestimmte Leistung aufweist und außerhalb der
Heißwalze 1 angeordnet ist, mit elektrischem Strom versorgt.
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Eine Heizspirale 10 ist fix an einer Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 3a
montiert, der einstückig mit dem Heißwalzenbossenabschnitt 3 ausgebildet ist, und die
Heizspirale 10 ist über einen (nicht dargestellten) Leiter mit einer (nicht dargestellten)
Stromquelle außerhalb der Heißwalze 1 verbunden.
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Am äußeren Umfang der Heizspirale 10 ist mit einem kleinen vorbestimmten Spalt
dazwischen ein Heißwalzenrotor 11 vorgesehen. Die Rotorwelle 12 des
Heißwalzenrotors 11 ist mit einem Endabschnitt 13 der Welle 7 verbunden.
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Als Motor, der aus den obigen Bestandteilen zusammengesetzt ist, kann selektiv,
entsprechend der erforderlichen Rotationsgenauigkeit der Heißwalze 1 und den
erforderlichen Bedingungen eines Systems, auf dem die Heißwalze 1 zu montieren ist, einer
von verschiedenen Motoren, wie z.B. Induktionsmotoren, Synchronmotoren und
dergleichen, eingesetzt werden.
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Vorbestimmte Teile der Heißwalze 1 bestehen aus Materialien, die notwendigerweise
hitzebeständig sind, um dem Temperaturanstieg innerhalb der Heißwalze 1
standzuhalten. Beispielsweise wird hitzebeständiger Draht unter Verwendung eines
Polyimidgruppen-Isoliermaterials oder dergleichen zur Bildung der Motorantriebswicklung 9a
verwendet, zumindest für das Lager 8b wird ein Keramiklager verwendet, um eine
Ölnebelschmierung durchführen zu können, usw.
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In der oben beschriebenen Struktur rotiert der Motorrotor 6, wenn die
Motorantriebswicklung 9a mit vorbestimmtem elektrischem Strom versorgt wird. Die Welle 7 dreht
sich mit der Rotation des Motorrotors 6, sodaß der Heizwalzenrotor 11 mit
vorbestimmter Umfangsgeschwindigkeit rotiert. Die Rotationsgeschwindigkeit des
Heißwalzenrotors 11 wird mittels eines (nicht dargestellten) Steuergeräts eines Systems unter
Verwendung der Heißwalze 1 entsprechend den Anforderungen reguliert.
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Wenn der Motormechanismus wie oben beschrieben betrieben wird, entsteht ein auf
der Grundlage der Motoreffizienz bestimmter Verlustanteil in Form von Wärme, die
gespeichert wird, da sie mit Ausnahme der Abdeckung 4 gegenüber der Motorbelastung
und dergleichen, die mit der Außenluft in Verbindung stehen, über keine anderen Teile
entweicht, wobei die gespeicherte Wärme vom zylindrischen Abschnitt 3a, der
einstückig mit dem Heißwalzenbossenabschnitt 3 ausgebildet ist, über die Heizspirale
10 zum Heißwalzenrotor 11 geleitet wird.
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Wenn die Heizspirale 10 mit dem vorbestimmten elektrischen Strom versorgt wird, wird
in der Heizspirale 10 Wärme erzeugt, die zur Wärmeenergie hinzukommt, die vom
obigen Motormechanismus übertragen wird, sodaß die Oberflächentemperatur des
Heißwalzenrotors 11 auf einen vorbestimmten Wert steigt.
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Im Dauerbetrieb ist die Menge der vom Motormechanismus übertragenen
Wärmeenergie konstant, und diese Wärmeenergie dient als grundlegene Wärmeenergie zum
Erhitzen des Heißwalzenrotors 11 mittels der Heizspirale 10.
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Die Oberflächentemperatur des Heißwalzenrotors 11 wird mittels eines (nicht
dargestellten) Steuergeräts des Systems unter Verwendung der Heißwalze 1 so reguliert, daß
sie mit vorbestimmter Genauigkeit auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, z.B. in
einem Bereich von 150-280ºC.
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Wenn die Oberflächentemperatur des Heißwalzenrotors 11 z.B. auf einem Wert im
Bereich von 150-280º gehalten wird, steigt die Temperatur innerhalb des
Heißwalzenrotors 11 entsprechend der Wärmecharakteristik oder dergleichen des äußeren
Motorgehäuseabschnitts auf einen Wert im Bereich von 150-300ºC. Da jedoch die Teile
innerhalb des Heißwalzenrotors 11 aus geeigneten hitzebeständigen Materialien
bestehen, um eine hitzebeständige Struktur zu schaffen, die dem Temperaturanstieg
standhalten kann, läuft der Heißwalzenrotor 11 stabil und nimmt keinen Schaden durch
die Hitze.
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Es folgt eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6.
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In Fig. 4 beschreibt Bezugszeichen 1A eine Heißwalze, die sich nur insofern von
Ausführungsform 1 unterscheidet, als der Heißwalzenrotor 11A eine andere Struktur
aufweist als der Heißwalzenrotor 11B der obigen Ausführungsform 1 aus Fig. 3,
weshalb eine Beschreibung der anderen Teile entfällt.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind Wärmerohre 15 mit vorbestimmten Eigenschaften in
vorbestimmten Abständen und parallel zur Welle 7 im Inneren des Heißwalzenrotors
11A verlegt.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Heißwalzenrotor 11A entlang der Linie X-X aus
Fig. 4.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Wärmerohre 15 im Heißwalzenrotor 11A mittels
hitzebeständigem Kunstharz 16 verlegt, das die jeweiligen Wärmerohre 15 fixiert.
Alternativ dazu kann statt des hitzebeständigen Kunstharzes 16 ein wärmeleitendes
Material aufgebracht werden, um die gesamten Wärmerohre 15 abzudecken.
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Die Wärmerohre werden so ausgewählt, daß sie eine geeignete Größe aufweisen, und
werden in geeigneten Abständen verlegt; berücksichtigt werden dabei die notwendige
Wärmespezifikation der Heißwalze 1 und die Form, Größe, Wärmecharakteristik und
dergleichen des Heißwalzenrotors 11A und der Heizspule 10.
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Als Verfahren zum Verlegen der Wärmerohre 15 können Nuten in gleichem Abstand
auf einer Innenfläche des Heißwalzenrotors 11A ausgebildet werden, sodaß die
Wärmerohre 15 - wie aus Fig. 5 ersichtlich - in den Nuten verlegt sind. Alternativ dazu
werden zylindrische Löcher in einem Heißwalzenrotor 11B ausgebildet, sodaß die
Wärmerohre 15 wie in Fig. 6 verlegt sind. In diesem Fall können die Wärmerohre 15
günstigerweise entsprechend den erforderlichen Wärmeeigenschaften und den
Verarbeitungsbedingungen ähnlich wie in Fig. 5 angeordnet werden.
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In Fig. 4 sind die Bestandteile die gleichen wie in Fig. 3 und werden mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet - mit Absnahme des Heißwalzenrotors 11A, der eine andere
Größe als der Heißwalzenrotor 11 aus Fig. 3 aufweist, damit die Wärmerohre 15 im
Inneren des Heißwalzenrotors 11A verlegt werden können, und des
Heißwalzenbossenabschnitts 3A, der mit der Änderung des Heißwalzenrotors 11 auch eine andere Form,
Größe und dergleichen als der Heißwalzenbossenabschnitt 3 aufweist. Das
Bezugszeichen des zylindrischen Abschnitts 3a, der einstückig mit dem
Heißwalzenbossenabschnitt 3 ausgebildet ist, hat sich zu 3Aa geändert.
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In der obigen Konfiguration rotiert der Heißwalzenrotor 11A durch den Motorbetrieb
mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, und die Oberflächentemperatur des
Heißwalzenrotors 11A wird durch die Heizspirale 10 in gleicher Weise wie in Fig. 3
angehoben und gehalten.
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Zu Beginn des Betriebs wird die Heizspirale 10 mit elektrischem Strom versorgt,
wodurch die Temperatur der Heizspirale ansteigt und die Wärme aufgrund der
Wirkungsweise der Wärmerohre 15 rasch zu einem Endabschnitt 11Aa des
Heißwalzenrotors 11A auf jener Seite übertragen wird, die der Seite, an der die
Heizspirale 10 befestigt ist, gegenüberliegt.
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Wenn der Wert des der Heizspirale 10 zugeführten Stroms durch das (nicht dargestellte)
Steuergerät reguliert wird, kann die Wärme, die zum Endabschnitt 11Aa des
Heißwalzenrotors 11A auf jener Seite übertragen werden soll, die der Seite
gegenüberliegt, an der die Heizspirale 10 befestigt ist, rasch durch die Wirkung der
Wärmerohre 15 so reguliert werden, daß die Temperaturregelung mit hoher
Genauigkeit erfolgen kann.
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Die obige Erklärung zeigt die Grundzüge des Verfahrens und der Konfiguration zur
Umsetzung des technischen Prinzips der Erfindung, wobei zu beachten ist, daß das
Verfahren und die Konfiguration hinsichtlich der Struktur in verschiedener Weise
modifiziert werden können.
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Eine Modifikation sieht z.B. vor, daß solche Wärmerohre wie in Ausführungsform 2
verlegt werden. Obwohl die obige Beschreibung in Zusammenhang mit der Erklärung
der Fig. 3 und 4 jene Heißwalze mit eingebautem Motor betrifft, die eine Konfiguration
aufweist, welche dem Beispiel für den Stand der Technik aus Fig. 1 entspricht, kann die
Heißwalze je nach den erforderlichen Bedingungen eines Systems unter Verwendung
der Heißwalze, je nach den erforderlichen Bedingungen des Mechanismus, auf dem die
Heißwalze zu montieren ist, und dergleichen sowie in Einklang mit dem technischen
Grundprinzip der Erfindung modifiziert werden. Beispielsweise ist eine geeignet
konfigurierte Basis vorgesehen, wodurch die Heißwalze auf einer Bodenfläche montiert
werden kann, wie beim zweiten Beispiel für den Stand der Technik aus Fig. 2. Die
Heißwalze 1B besitzt nämlich die Konfiguration der in Fig. 7 gezeigten
Ausführungsform 3.
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In Ausführungsform 3 aus Fig. 7 sind die Bestandteile die gleichen wie in Fig. 3 und
werden dementsprechend gleich bezeichnet, außer daß eine Basis 16 vorhanden ist und
die Konfiguration des Heißwalzenbossenabschnitts 3 und des einstückig damit
ausgebildeten zylindrischen Abschnitts 3a modifiziert ist, weshalb die Bezugszeichen von 3
und 3a in 3B bzw. 3Ba umgeändert wurden.
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Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Heizspirale fix an der
Motorgehäuseaußenfläche befestigt und die Welle des Motorrotors mit der
Rotationswelle des Heißwalzenrotors verbunden, der so ausgebildet ist, daß er die Heizspirale
abdeckt. Daher ist die gesamte Länge der Heißwalze verkürzt.
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Wenn vom Motor erzeugte Wärme als Basis für die Wärmeenergie der Heizspirale
genutzt wird, ist es nicht erforderlich, etwaige Motorkühlgebläse vorzusehen. Daher
verstärkt sich die Wirkung durch Verkürzen der Gesamtlänge der Heißwalze. Wenn
vom Motor erzeugte Wärme als Basis für die Wärmeenergie der Heizspirale dient, wird
der Wärmewirkungsgrad gesteigert.
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Bei Verwendung eines Keramiklagers als Wellenlager für den Motorrotor, um
Ölnebelschmierung durchführen zu können, ist es nicht notwendig, einen Kühlmechanismus für
das Lager vorzusehen. Wenn weiters Wärmerohre im Heißwalzenrotor vorgesehen sind,
ist es möglich, rascher eine gleichmäßige Temperatur der Heißwalze zu erreichen.
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Dank der oben beschriebenen Konfiguration können mit vorliegender Erfindung die
folgenden hervorragenden Effekte erzielt werden:
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(1) Es kommt zu keinem Energieverlust, da es nicht erforderlich ist, ein Kühlgebläse für
den Heißwalzenrotor bereitzustellen.
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(2) Bei Verwendung eines Keramiklagers als Lager, um Ölnebelkühlung durchführen zu
können, ist es nicht notwendig, irgendeinen Kühlmechanismus für das Lager
vorzusehen, wodurch es zu keinen Energieverlusten kommt.
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(3) Da die vom Heißwalzenrotorabschnitt erzeugte Wärme als Wärmequelle für die
Heißwalze genutzt werden kann, steigt der Wärmewirkungsgrad.
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(4) Wenn Wärmerohre im Heißwalzenrotor verlegt sind, kann die Heizung des
Heißwalzenrotors rasch, stabil und unabhängig von der Strukturform und des Abstands
zwischen der Heizspirale und dem Heißwalzenrotor erfolgen. Dadurch steigen die
Freiheitsgrade der das Außengehäuse des Motors bildenden Struktur und die Freiheitsgrade
der Konfiguration des Motormechanismus innerhalb des Gehäuses.
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(5) Der Gesamtwirkungsgrad der Heißwalze kann durch die obigen Effekte (1) bis (4)
verbessert werden.
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(6) Die Wellenlänge der Heißwalze kann verkürzt werden, wodurch die
Flächennutzung in einer Fabrik verbessert wird.
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(7) Die Rotationsgeschwindigkeit des Motors kann verringert werden, da der
Durchmesser der Heißwalze vergrößert werden kann. Somit ist es leicht, Konstruktionen
entsprechend der kritischen Rotationsgeschwindigkeit zu schaffen.
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(8) Da der Durchmesser der Heißwalze ohne Verschwendung vergrößert werden kann,
kann der Schwungradeffekt GD² erhöht werden, um die Umfangsgeschwindigkeit der
Heißwalze gegenüber Spannungsschwankungen und Belastungsschwankungen zu
stabilisieren.