DE3934208A1 - Spulenkoerper fuer die induktive beheizung von walzen - Google Patents
Spulenkoerper fuer die induktive beheizung von walzenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spulenkörper
der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
Ein solcher Spulenkörper ist aus der EP-OS 59 421
bekannt. Die induktive Beheizung von Walzen dient dazu,
die Temperatur der Walzenoberfläche zu erhöhen, um die
Druckbehandlung des von der Walze behandelten Bahnmate
rials bei höherer Temperatur durchführen zu können, bei
spielsweise eine Papierbahn bei höherer Temperatur kalan
drieren zu können. Es sind zu diesem Zweck längs der Wal
zenoberfläche dicht nebeneinander eine ganze Anzahl von
Spulenkörpern der in Rede stehenden Art Seite an Seite
angeordnet, die das Temperaturniveau insgesamt anheben,
aber auch separat angesteuert werden können, um ein be
stimmtes Temperaturprofil einzustellen, sei es, weil die
Papierbahn an einer bestimmten Stelle eine Temperatur
erhöhung verlangt, sei es, um durch eine lokale Tempera
turerhöhung den Walzendurchmesser und damit den Linien
druck an der betreffenden Stelle zu erhöhen.
Die Spulenkörper sind in der EP-OS 59 421 nur sche
matisch dargestellt. Sie bestehen in der Praxis aus einem
Kunststoffblock, dessen Vorderseite dem Umfang der Walze
geometrisch angepaßt, d. h. teilzylindrisch ist. Dicht
unterhalb der teilzylindrischen Vorderfläche ist in den
Kunststoffblock die eigentliche Spule eingebettet, die
aus einer Litze mit vielen Einzeldrähten besteht, die
einen etwa rechteckigen Querschnitt hat. Die Litze ist
zu einer Spirale gewickelt, wobei der Querschnitt hochkant
steht. Die Spirale erstreckt sich in einem teilzylindri
schen Bereich in dem Kunststoffblock. Sie steht der Walzen
oberfläche berührungsfrei mit geringem Abstand gegenüber.
Die Beschickung dieser Spule erfolgt mit Mittelfrequenz
beispielsweise im Bereich von 15 bis 18 kHz. Wegen dieser
relativ hohen Frequenz ist die Ausbildung des Spulendrahts
als Litze mit einzelnen lackisolierten Drähten erforder
lich. Die Spule ist an einen Schwingkreis angeschlossen,
dessen Spannung etwa 800 Volt beträgt.
Mit Spulen dieser Art wurden bisher Temperaturen an
der Oberfläche der meist aus Stahl bestehenden Walzen
im Bereich von etwa 160°C gefahren. Die Bestrebungen
gehen neuerdings aber dahin, die Temperatur an der Ober
fläche der Walze auf etwa 250°C zu erhöhen.
Um solche Temperaturen zu erzeugen, bedarf es natür
lich einer Erhöhung der Leistung der Induktionsspule.
Die in den Kunststoffkörper eingebetteten Spulendrähte
erfahren dabei eine starke Temperaturerhöhung, und zwar
einerseits durch induktive Effekte, andererseits aber
durch Reflexion von der relativ heißen Walzenoberfläche.
Es hat sich gezeigt, daß die herkömmlichen Spulenkörper
der geschilderten Art der angestrebten Leistungssteige
rung nicht standhalten und die Vorderfläche des Kunst
stoffkörpers nach einiger Betriebsdauer abplatzt. In vie
len Fällen war nach sechs Stunden ein solcher Spulenkör
per unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gat
tungsgemäßen Spulenkörper für höhere Arbeitstemperaturen
geeignet zu machen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergege
bene Erfindung gelöst.
Durch das Kühlelement ist erreicht, daß die Vorder
fläche des Kunststoff-Trägers in ihrer Temperatur so niedrig
gehalten werden kann, daß keine Zerstörung stattfindet
und die höheren Temperaturen an der Walzenoberfläche über
lange Zeiträume ertragen werden. Versuche haben einen ein
wandfreien Betrieb über 42 Stunden ergeben.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlelement
gemäß Anspruch 2 durch eine Kühlkammer gebildet, die von
einem fluiden Kühlmedium durchströmbar ist.
Das fluide Kühlmedium hat nicht nur die Funktion,
Wärme aus dem Bereich der Vorderfläche des Kunststoff
trägers abzuführen, sondern hält gleichzeitig die von
der Walzenoberfläche ausgehende Strahlung von dieser Vor
derfläche ab. Die abzuführende Wärmeleistung beträgt bei
einem handelsüblichen Spulenkörper normaler Größe etwa
100 Watt, was durch ein fluides Kühlmedium auch ohne gro
ßen Durchsatz bewerkstelligt werden kannt.
Im einzelnen kann die Kühlkammer gemäß Anspruch 3
ausgebildet sein.
Das bevorzugte Kühlmedium ist Wasser (Anspruch 4).
Die Wasserkühlung im Zusammenhang mit Induktionsspulen
ist an sich bekannt. Aus der DE-PS 34 38 375 geht hervor,
einen induktiven Leiter von Kühlwasser durchströmen zu
lassen. Es handelt sich bei der bekannten Ausführungsform
jedoch nur um eine Leiterschleife aus einem massiven Kup
ferrohr. Bei der Erfindung geht es jedoch um eine höhere
Leistungskonzentration, die höhere Frequenzen und höhere
Windungszahlen erforderlich macht und bei der eine direkte
Durchströmung des einzelnen Leiters nicht mehr realisier
bar ist.
Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
die der Walze zugewandte Begrenzungsfläche des Kühlele
ments reflexionserhöhend auszubilden (Anspruch 5). Auf
diese Weise wird der von der Walze abgestrahlte Wärmestrom
nur teilweise von dem Kühlelement absorbiert. Die Reflexions
erhöhung des Kühlelements kann nicht durch Metallisierung
oder Anbringung metallischer Spiegelelemente geschehen,
weil diese der Induktionswirkung unterliegen und mitaufge
heizt würden. Es ist vielmehr erforderlich, durch Erhöhung
des Weißgrades und des Glanzes ein möglichst hohes Re
flexionsvermögen, d.h. ein möglichst hohes Verhältnis
der einfallenden zur reflektierten Strahlungsmenge herbeizu
führen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er
findung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines an einer Walzen
oberfläche angeordneten Spulenkörpers, teilweise im Schnitt;
Fig. 2 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 1 von links
nach der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt nach der Linie
III-III in Fig. 2.
Der in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Spulen
körper umfaßt einen Kunststoff-Träger 1 in Gestalt eines
quaderförmigen Blocks mit einer teilzylindrischen Vorder
fläche 2, die dem Außenumfang 3 einer umlaufenden Walze
4 angepaßt, d. h. koaxial ausgebildet ist. Die umlaufende
Walze 4 ist als Hohlwalze aus Stahl dargestellt, die von
einem nicht wiedergegebenen Querhaupt der Länge nach durch
griffen und mittels hydraulischer Stützeinrichtungen von
innen an dem undrehbaren Querhaupt abgestützt ist.
Dicht unterhalb der Vorderfläche 2 ist eine in Fig. 1
nur in ihren Umrissen dargestellte Induktionsspule 5 vor
gesehen, deren Achse senkrecht auf der Walzenoberfläche
steht und die spiralig in einem teilzylindrischen, zur
Vorderfläche 2 bzw. zum Walzenumfang 3 koaxialen Bereich
6 verläuft. Der Spulendraht 7 ist durch eine Litze 8 mit
sehr vielen gegeneinander lackisolierten Einzeldrähten
9 gebildet. Der Querschnitt des Spulendrahtes 7 ist recht
eckig, wobei die Länge des Rechtecks aus einem Mehrfachen
der Breite besteht. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, steht
der Spulendraht hochkant, d.h. mit den längeren Querschnitts-
Rechteckseiten senkrecht zum Walzenumfang 3.
Der "Grundriß" der Spule 5 ist aus Fig. 2 ersichtlich
und durch den Verlauf der Mittellinie 10 des Spulendrahtes
7 angedeutet. Der Spulendraht 7 verläuft mit seiner Mittel
linie 10 von der Zuleitung 11 entlang eines rechteckig
(dem Querschnitt des Kunststoff-Trägers 1 angepaßten)
-spiraligen Weges von der Zuleitung 11 bis zur Rückleitung
12 und bildet somit in dem Ausführungsbeispiel eine spiralige
Spule mit sechs Windungen.
Die Spule 5 ist in das Material des Kunststoff-Trägers
1 eingegossen. Die Vorderfläche 2 des Kunststoff-Trägers
1 steht dem Walzenumfang 3 mit geringem Abstand gegenüber.
Der in der Nähe der Vorderfläche 2 gelegene Bereich des
Kunststoff-Trägers 1 erfährt eine erhebliche Temperatur
beanspruchung, die auch wegen der unterschiedlichen Ma
terialien der Spule 5 und des Kunststoff-Trägers 1 dort
zu Zerstörungen führt, wenn besonders hohe Leistungen
gefragt sind.
Aus diesem Grund ist vor der Vorderfläche 2 ein als
Ganzes mit 20 bezeichnetes flächiges, die Vorderfläche
2 ganz überdeckendes Kühlelement vorgesehen, welches als
Kühlkammer 13 ausgebildet ist, die von Kühlwasser 14 durch
strömt wird. Die Kühlkammer 13 wird durch einen die Vorder
fläche 2 geschlossen umrandenden Steg 15 begrenzt, auf
den eine Abdeckung 16 in Gestalt eines dünnen Kunststoff
blattes von beispielsweise 1 mm Stärke dicht aufgebracht
ist, so daß die Kühlkammer 13 bis auf den Zulauf 17 und
den Ablauf l8 geschlossen ist. Da der umlaufende Steg
15 ringsum eine gleichbleibende Höhe von beispielsweise
3 mm aufweist, nimmt die Abdeckung 16 von selbst eine
dem Walzenumfang 3 angepaßte Gestalt an und steht dem
Walzenumfang 3 im Betrieb mit möglichst geringem Abstand
gegenüber. Die Höhe der Kammer 13 sollte möglichst gering
sein, damit die Spule 5 trotz des Vorhandenseins des Kühl
elements 20 möglichst dicht an den Walzenumfang 3 herange
rückt werden kann, was dem Wirkungsgrad der induktiven
Beheizung durch die Spule 5 entgegenkommt.
Die dem Walzenumfang 3 zugewandte Oberfläche der blatt
förmigen Abdeckung 16 der Kühlkammer 13 ist weiß und glän
zend ausgeführt, um einen möglichst großen Anteil der
von dem Walzenumfang 3 abgestrahlten Wärme zu reflektieren.
Claims (5)
1. Spulenkörper für die induktive Beheizung der Ober
fläche von umlaufenden Walzen aus elektrisch leitendem
Material,
mit einem Kunststoff-Träger, der eine teilzylindrische, im Radius dem Walzenumfang angepaßte und zur Anbringung dicht vor dem Walzenumfang bestimmte Vorderfläche auf weist,
und mit einer dicht hinter der Vorderfläche in den Kunststoff-Träger eingebetteten Spule,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vorderfläche (2) ein in radialer Richtung nur eine geringe Erstreckung aufweisendes flächiges, mit der Vorderfläche (2) in flächiger wärmeleitender Verbin dung stehendes Kühlelement (20) vorgesehen ist.
mit einem Kunststoff-Träger, der eine teilzylindrische, im Radius dem Walzenumfang angepaßte und zur Anbringung dicht vor dem Walzenumfang bestimmte Vorderfläche auf weist,
und mit einer dicht hinter der Vorderfläche in den Kunststoff-Träger eingebetteten Spule,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vorderfläche (2) ein in radialer Richtung nur eine geringe Erstreckung aufweisendes flächiges, mit der Vorderfläche (2) in flächiger wärmeleitender Verbin dung stehendes Kühlelement (20) vorgesehen ist.
2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kühlelement (20) durch eine flache,
die Vorderfläche (2) überdeckende, von einem fluiden Kühl
medium (14) durchströmbare Kühlkammer (13) gebildet ist.
3. Spulenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kühlkammer (13) ringsum von einem bis
auf die Anschlüsse (17, 18) geschlossenen Steg (15) gleich
bleibender Höhe umrandet und von einer mit dem Steg (15)
dicht verbundenen dünnwandigen, zu der Vorderfläche (2)
koaxialen Abdeckung (16) überdeckt ist.
4. Spulenkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das fluide Kühlmedium (14) Wasser ist.
5. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Walzenumfang (3) zu
gewandte Begrenzungsfläche (19) des Kühlelements (20)
stark reflektierend ausgebildet ist.
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