DE3934208C2 - Spulenkörper für die induktive Beheizung von Walzen - Google Patents

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 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Durch das Kühlelement ist erreicht, daß die Vorderfläche des Kunststoff-Trägers in ihrer Temperatur so niedrig ge­ halten werden kann, daß keine Zerstörung stattfindet und die höheren Temperaturen an der Walzenoberfläche über lange Zeiträume ertragen werden. Versuche haben einen einwandfreien Betrieb über zweiundvierzig Stunden ergeben. Das fluide Kühl­ medium 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 Vorderfläche ab. Die abzuführende Wärme­ leistung beträgt bei einem handelsüblichen Spulenkörper nor­ maler Größe etwa 100 Watt, was durch ein fluides Kühlmedium auch ohne großen Durchsatz bewerkstelligt werden kann.

Kühlung an sich ist im Zusammenhang mit Induktionsspulen bekannt. Aus der DE-PS 34 38 375 geht hervor, einen induktiven Leiter zur Beheizung einer Walzenoberfläche von Kühlwasser durchströmen zu lassen. Es handelt sich bei der bekannten Ausführungsform jedoch nur um eine Leiterschleife aus einem massiven Kupferrohr. 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 realisierbar ist.

In der US-PS 40 05 302 ist eine sogenannte Galette be­ schrieben, d. h. eine umlaufende beheizte kleine Trommel zur Streckung von Garnen, die von innen induktiv beheizt ist. Radial außerhalb der den Lagerzapfen umgebenden Spule ist innerhalb der Trommel eine zylindrische, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkammer gebildet.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, die der Walze zugewandte Begrenzungsfläche des Kühlelements reflexionserhöhend auszubilden (Anspruch 2). 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 herbei zu­ 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 der Oberfläche 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. zur Walzenoberfläche 3 koaxialen Bereich 6 verläuft. Der Spulenleiter 7 ist durch eine Litze 8 mit sehr vielen gegeneinander lackisolierten Einzeldrähten 9 gebildet. Der Querschnitt des Spulenleiters 7 ist recht­ eckig, wobei die Länge des Rechtecks aus einem Mehrfachen der Breite besteht. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, steht der Spulenleiter 7 hochkant, d. h. mit den längeren Querschnitts- Rechteckseiten senkrecht zur Walzenoberfläche 3.

Der "Grundriß" der Spule 5 ist aus Fig. 2 ersichtlich und durch den Verlauf der Mittellinie 10 des Spulenleiters 7 angedeutet. Der Spulenleiter 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 18 geschlossen ist. Da der umlaufende Steg 15 ringsum eine gleichbleibende Höhe von beispielsweise 3 mm aufweist, nimmt die Abdeckung 16 von selbst eine der Walzenoberfläche 3 angepaßte Gestalt an und steht der Walzenoberfläche 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 die Walzenoberfläche 3 herange­ rückt werden kann, was dem Wirkungsgrad der induktiven Beheizung durch die Spule 5 entgegenkommt.

Die der Walzenoberfläche 3 zugewandte Oberfläche der blatt­ förmigen Abdeckung 16 der Kühlkammer 13 ist weiß und glän­ zend ausgeführt, um einen möglichst großen Anteil der von der Walzenoberfläche 3 abgestrahlten Wärme zu reflektieren.

Claims (2)

1. Spulenkörper (100) für die induktive Beheizung der äußeren Oberfläche (3) einer umlaufenden Walze (4) aus elektrisch leitendem Material,
mit einem Träger (1), der eine teilzylindrische, im Radius der Walzenoberfläche (3) angepaßte und zur Anbringung dicht vor der äußeren Oberfläche (3) der Walze (4) bestimmte Vorderfläche (2) aufweist,
und mit einer dicht hinter der Vorderfläche (2) angeordneten Spule (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (5) in einen aus einem Kunststoffblock bestehenden Träger (1) eingegossen ist und aus einem aus vielen gegeneinander isolierten Einzeldrähten (9) bestehenden Spulenleiter (7) gebildet ist
und daß vor der Vorderfläche (2) des Trägers (1) eine flache, die Vorderfläche (2) überdeckende, mit der Vorderfläche (2) in flächiger wärmeleitender Verbindung stehende, von einem fluiden Kühlmittel (14) durchströmbare Kühlkammer (13) vorgesehen ist, die begrenzt ist von der Vorderfläche (2), einem ringsum von einem bis auf die Kühlmittel-Anschlüsse (17, 18) geschlossenen Steg (15) gleichbleibender Höhe und einer mit dem Steg (15) dicht verbundenen dünnwandigen der Walze (4) unmittelbar gegenüberliegenden zu der Vorderfläche (2) koaxialen Abdeckung (16) aus Kunststoff.

2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Walzenumfang (3) zugewandte Begrenzungsfläche (19) der Abdeckung (16) stark reflektierend ausgebildet ist.