DE10201380A1

DE10201380A1 - Beheizbare Walze

Info

Publication number: DE10201380A1
Application number: DE2002101380
Authority: DE
Inventors: Klaus Kubik
Original assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2001-02-03
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2002-08-29
Also published as: ITMI20020151A1; ITMI20020151A0; DE20101859U1

Abstract

Die beheizbare Walze (100) zur Behandlung von Warenbahnen umfasst einen zylindrischen Walzenkörper (1) und mehrere über den Umfang verteilte, in geringem radialen Abstand unter dem arbeitenden Walzenumfang (2) des Walzenkörpers (1) angeordnete, sich zumindest über einen Teil der Länge des Walzenkörpers (1) erstreckende, etwa achsparallele Bohrungen (9), in denen Heizelemente (10) angeordnet sind. Die Heizelemente (10) sind als Strahlungsheizelemente ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beheizbare Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine solche Walze ist aus der DE 296 22 957 U1 bekannt. Die Heizelemente sind hierbei stabförmige elektrische Widerstandsheizelemente, können aber auch von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte Stahlrohre sein. In bei den Fällen verbleibt zwischen den Heizelementen und den Wandungen ein Hohlraum, der jedenfalls zum Teil mit einem bei einer vorbestimmten Heiz temperatur siedenden Medium, beispielsweise Wasser, gefüllt ist.

Durch dieses Medium wird zwar eine Temperaturvergleichmäßigung über die Länge der Heizelemente und eine Verbesserung der Wärmeankopplung an das Walzenmaterial erzielt, nachteilig ist jedoch, daß es zur Verhinderung ei nes ungewünschten Austritts des Mediums einer aufwändigen Abdichtung der Walze nach außen bedarf.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde bereits versucht, die Bohrungen ei ner peripher gebohrten Walze mit in festen Medien eingebettete Heizstäbe zu bestücken. Problematisch ist hierbei jedoch, daß es insbesondere zu Be ginn des Aufheizvorganges, wenn das Walzenmaterial noch relativ kühl ist, der Heizstab sich aber bereits aufgeheizt hat, aufgrund der thermischen Ausdehnung des Heizstabes es zu erheblichen mechanischen Spannungen kommen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wal ze zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile verbessert sind.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung ge löst.

Dadurch, daß die Heizelemente als Strahlungsheizelemente ausgebildet sind, kann sowohl auf ein flüssiges, als auch auf ein festes Medium zur Übertragung der Wärme vom Heizstab auf das Walzenmaterial verzichtet werden. Aufwändige Dichtungsanordnungen erübrigen sich daher. Da ein di rekter Kontakt zwischen dem Heizelement und der Wandung der peripheren Bohrung aufgrund der Auslegung als Strahlungsheizelement nicht erforder lich ist, können die Abmessungen der Strahlungsheizelemente und der peri pheren Bohrungen so gewählt werden, daß zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Bohrungsinnenwandung ein Freiraum bestehen bleibt. Das jeweilige Heizelement kann sich hierdurch in der Bohrung ausdehnen, ohne daß es zu mechanischen Spannungen kommt.

Bei einer ersten, bevorzugten Ausführungsform sind die Heizelemente derart ausgebildet, daß ihre elektrischen Anschlüsse auf derselben Stirnseite der Walze angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die Anschlußstellen für die Energiezufuhr auf nur einer Walzenseite zusammengeführt werden können, so daß der angetriebene Zapfen der Walze frei bleibt. Die Zugänglichkeit und Montierbarkeit der Walze ist durch diese Ausgestaltung verbessert.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, Heizelemente vorzusehen, die elektrische Anschlüsse an beiden stirnseitigen Enden aufweisen. In diesem Falle kann die Beaufschlagung der Heizelemente mit elektrischer Energie beispielswei se dadurch erfolgen, daß - in Achsrichtung gesehen - auf beiden Seiten der Walze elektrische Anschlußmittel vorgesehen sind. Ist nur auf einer Seite der Walze ein Anschlußmittel vorgesehen, so ist es möglich, den vom An schlußmittel entfernten elektrischen Anschluß über eine elektrische Leitung zurückzuführen. Hierzu können zusätzliche, bezogen auf den Walzenumfang weiter innenliegende Längsbohrungen oder eine Zentralbohrung vorgesehen sein, durch die die elektrischen Leitungen gezogen sind.

Die Strahlungsheizelemente sind vorzugsweise als Flachrohrheizelemente ausgebildet.

Zur Vergleichmäßigung der über den Umfang in die Walze eingestrahlten Wärmemenge sind die Flachrohrheizelemente vorzugsweise derart in der je weils zugehörigen Bohrung ausgerichtet, daß ihre Querschnittslängsseiten zur jeweils nächstliegenden, an den Walzenumfang angelegten Tangente etwa in demselben Winkel angeordnet sind, mit anderen Worten: Die Flach rohrheizkörper zentralsymmetrisch ausgerichtet sind.

Die Heizelemente sind vorzugsweise in Längsrichtung jeweils nur an einer Stelle, besonders bevorzugt jeweils nur an ihren anschlußseitigen Endberei chen in der jeweiligen Bohrung fixiert. Hierdurch wird vermieden, daß es durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Heizelements und der Walze zu mechanischen Spannungen kommen kann. Durch die Fixierung der Heizelemente jeweils nur in ihren anschlußseitigen Endbereichen wird vermieden, daß sich bei thermischer Ausdehnung die Position der Anschlüs se ändert, was unter Umständen eine Dekontaktierung zur Folge haben könnte.

Die Heizelemente weisen vorzugsweise Heizmedien - beispielsweise Heizdrähte - auf, die derart ausgestaltet sind, daß die Heizlänge der Heize lemente kleiner als die Länge des Walzenkörpers ist. Durch diese Maßnah me wird vermieden, daß es an den Walzenenden, an denen die Wärmeab fuhr durch die Warenbahn fehlt, zu einer starken Überheizung kommt.

Als Heizmedien finden vorzugsweise Heizdrähte Verwendung, die paarweise von der Anschlußseite her in dem Heizelement verlegt sind. Je nach ge wünschter Leistung des Heizelements umfaßt es demnach zwei, vier etc. pa rallele Heizdrähte, wobei jeweils zwei an der der Anschlußseite gegenüber liegenden Seite elektrisch miteinander verbunden sind.

Für den Fall, daß das Heizelement an beiden Längsenden über elektrische Anschlüsse verfügt, weist die Walze vorzugsweise eine Zentralbohrung auf, durch die die elektrische Zuleitung von der Einspeiseseite zu dem der Ein speiseseite entfernten Anschluß des Heizelements verlegt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Heizelemente zweier, vorzugs weise benachbarter Bohrungen an der der Einspeiseseite entfernten Wal zenseite elektrisch miteinander verbunden. Hierdurch kann auch bei solchen Heizelementen, die an ihren beiden Enden elektrische Anschlüsse aufwei sen, die Einspeisung von einer Walzenseite her erfolgen. Die elektrische Verbindung der Heizelemente untereinander kann durch eine separate, elek trische Brücke oder durch eine in die Heizelemente integrierte und diese zu einem U-förmigen Bauteil verbindende Brücke erfolgen.

Zur besseren Wärmeankopplung der Heizelemente an das Walzenmaterial können die Bohrungsinnenseiten mit einem Material, welches die Wärmere flexion reduziert, beschichtet sein. Die Beschichtung kann sich über die ge samte Bohrungslänge erstrecken. Es ist jedoch ebenfalls möglich, in den beiden Bohrungsendbereichen die Beschichtung ganz oder teilweise fortzu lassen, um hier die eingeleitete Wärmemenge zu reduzieren, um ein über mäßiges Aufheizen der Walzenenden zu vermeiden.

Um den Wärmeabfluß von der Walze zum Walzenzapfen zu beeinflussen, können formgestaltende Maßnahmen an dem jeweiligen stirnseitigen Wal zenende, wie beispielsweise eine den Walzenmantel von dem Walzenkörper über eine gewisse Länge trennende, im Querschnitt ringförmige Ausneh mung, vorgesehen sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Walze dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä ßen Walze, teilweise in einem durch die Walzenachse gehen den Schnitt;

Fig. 2 eine Ansicht derselben Walze wie in Fig. 1 im Querschnitt ge mäß Schnittlinie A-A;

Fig. 3 Ausschnitt III in Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung;

Fig. 4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen Walze, teilweise in einem durch die Wal zenachse gehenden Schnitt sowie

Fig. 5a-5c - beispielhaft - weitere mögliche Ausführungsformen der für eine erfindungsgemäße Walze verwendbaren Heizelemente.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Walze umfaßt eine zylindrische, dickwandige Hohlwalze 1 mit einem äußeren, arbeitenden Walzenumfang 2 und einem Innenumfang 3, der einen zylindrischen inneren Hohlraum 4 be grenzt. An beiden Enden der Hohlwalze 1 sind Endstücke 5 mit in der Zeich nung nicht dargestellter Schrauben befestigt, die Walzenzapfen 6 bilden, auf denen Lager 7 zur drehbaren Abstützung der Walze 100 in einem Walzen ständer oder dergleichen angeordnet sind.

In dem in Fig. 1 linken Walzenzapfen 6 ist eine Schleifringanordnung 8 an geflanscht, mittels der der Walze 100 elektrische Energie zuführbar ist.

Die Walze 100 weist in ihrem Walzenkörper 1 eine Vielzahl über den Umfang gleichmäßig verteilte achsparallele Bohrungen 9 auf, die dicht unter dem ar beitenden Walzenumfang 2 gelegen sind. "Dicht" soll heißen, daß die jeweili ge Bohrung 9 mit ihrem Außenumfang nicht wesentlich mehr als den Durch messer von dem arbeitenden Walzenumfang 2 radial entfernt ist. Die Boh rungen 9 weisen in einem praktischen Beispiel etwa 30 bis 40 mm Durch messer auf und sind durch achsparallele Bohrung des Walzenkörpers 1 her gestellt.

In den Bohrungen 9 ist jeweils ein langgestrecktes elektrisches Heizelement 11 mit Abstand zu den Bohrungswandungen angeordnet und wird mit über seine Länge verteilte Abstandshalter 11 in seiner Position gehalten. Die Ab standshalter 11 sind derart gestaltet, daß sie eine Verschiebung des Heize lements 10 in Längsrichtung der Bohrung 9 nicht blockieren würden. Zur Fi xierung des Heizelements 10 in der jeweiligen Bohrung 9 dient ein auf der Seite der elektrischen Anschlüsse 12 vorgesehener Flansch 13, so daß eine Relativverschiebung des Heizelements 10 gegenüber der Wandung der je weiligen Bohrung 9 - beispielsweise durch unterschiedliche thermische Aus dehnungen - möglich ist, ohne daß hierdurch innere Spannungen entstehen.

Die in Fig. 1 am linken Ende der Heizelemente 10 dargestellten elektrischen Anschlüsse sind über elektrische Leitungen 14 mit der Schleifringanordnung 8 verbunden. Hierzu sind in dem links dargestellten Walzenzapfen 6 Quer bohrungen 15 vorgesehen, die in den Hohlraum 4 münden und durch die die elektrischen Leitungen 14 hindurchgeführt sind.

Zur besseren Ankopplung der von den als Strahlungsheizern wirkenden Hei zelementen 10 an das Material der Hohlwalze 1 sind die Innenwandungen der Bohrungen 9 mit einem Material beschichtet, das die Reflexion der Wär mestrahlung minimiert.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird, umfaßt die erfindungsgemäße Walze eine Vielzahl von Bohrungen 9, die gleichmäßig dicht unterhalb des arbeitenden Walzenumfangs verteilt sind.

Wie insbesondere aus Fig. 3 erkennbar ist, sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Heizelemente als Flachrohrheizkörper ausgebildet. Um zu gewährleisten, daß jeder Flachrohrheizkörper in Richtung des arbei tenden Walzenumfangs etwa die gleiche Wärmemenge abstrahlt, sind die Flachrohrheizkörper radialsymmetrisch ausgerichtet, d. h. ihre die Schmal seiten halbierende Mittelebene E schneidet jeweils unter demselben Winkel α die dem jeweiligen Flachrohrheizkörper nächstliegende, an den Wal zenumfang angelegte Tangente T.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Walze ist in Fig. 4 dargestellt und als Ganzes mit 200 bezeichnet. In ihrer Funktion mit solchen der Walze 100 übereinstimmenden Bauteile sind mit denselben Bezugszei chen wie in den Fig. 1 bis 3, jedoch um 100 erhöht, bezeichnet. Um Wieder holungen zu vermeiden, sollen im folgenden lediglich die Unterschiede zu der Walze 100 beschrieben werden.

Bei dem Heizelement 110 der Walze 200 handelt es sich um ein solches, bei welchem elektrische Anschlüsse an beiden Längsenden vorgesehen sind. Der in Fig. 4 rechts dargestellte elektrische Anschluß 112 ist mit der Schleif ringanordnung 108 über eine elektrische Leitung 114 verbunden, die durch eine gemäß Fig. 4 rechts jenseits des arbeitenden Walzenumfangs 102 an geordneten Querbohrung 115 und durch den Hohlraum 104 geführt ist.

Die Heizelemente 110 sind wiederum quer zur Längsrichtung der Bohrungen 109 durch Abstandshalter 110 positioniert und in Längsrichtung der Bohrung 109 mit einem Flansch 113 fixiert.

Wie aus Fig. 5a bis c erkennbar ist, besteht grundsätzlich auch die Möglich keit, bei Heizelementen, die an beiden Längsenden elektrische Anschlüsse aufweisen, eine Anordnung zu schaffen, bei der die Kontaktierung lediglich auf einer Seite der Walze - vorzugsweise derjenigen, die die Schleifring anordnung trägt - zu erfolgen hat. Hierzu können, wie in Fig. 5a dargestellt ist, die beiden elektrischen Anschlüsse 16 zweier Heizelemente 18 über eine elektrische Brücke 17 miteinander verbunden sein. Ferner ist es möglich, ein Heizelement 19 vorzusehen, welches - von der Schleifringanordnung gese hen - in einer der Bohrungen der Walze hin-, in einer anderen zurückgeführt wird (vgl. Fig. 5b), oder die Hin- und Rückführung kann, wie in Fig. 5c darge stellt, in einer der Bohrungen erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Hohlwalze

2

Walzenumfang

3

Innenumfang

4

Hohlraum

5

Endstücke

6

Walzenzapfen

7

Lager

8

Schleifringanordnung

9

Bohrungen

10

Heizelement

11

Abstandshalter

12

Elektrische Anschlüsse

13

Flansch

14

Elektrische Leitungen

15

Querbohrungen

16

Elektrische Anschlüsse

17

Elektrische Brüche

18

Heizelemente

19

Heizelemente

100

Walze

200

Walze

101

Hohlwalze

102

Walzenumfang

103

Innenumfang

104

Hohlraum

105

Endstücke

106

Walzenzapfen

107

Lager

108

Schleifringanordnung

109

Bohrungen

110

Heizelement

111

Abstandshalter

112

Elektrische Anschlüsse

113

Flansch

114

Elektrische Leitungen

115

Querbohrungen

Claims

1. Beheizbare Walze (100) zur Behandlung von Warenbahnen,
mit einem zylindrischen Walzenkörper (1),
mit mehreren über den Umfang verteilten, in geringem radialen Ab stand unter dem arbeitenden Walzenumfang (2) des Walzenkörpers (1) an geordneten, sich zumindest über einen Teil der Länge des Walzenkörpers (1) erstreckenden, etwa achsparallelen Bohrungen (9), in enen Heizelemente (10) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10) als Strahlungsheizelemente ausgebildet sind.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizele mente (10) derart ausgebildet sind, daß die elektrischen Anschlüsse (14) der Heizelemente (10) auf derselben Stirnseite der Walze angeordnet sind.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektri schen Anschlüsse (114) an den beiden stirnseitigen Enden der Heizelemente (110) vorgesehen sind.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10) Flachrohrheizelemente sind, die einen Quer schnitt mit zwei Seiten aufweisen, die zumindest über einen Teil ihrer Länge etwa parallel verlaufen, wobei die zwei zumindest über einen Teil ihrer Länge etwa parallelen Seiten die Querschnittslängsseiten sind.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flach rohrheizelemente derart in der jeweils zugehörigen Bohrung (9, 109) ausge richtet sind, daß die Querschnittslängsseiten der Flachrohrheizelemente zur jeweils nächstliegenden, an den Außenumfang der Walze angelegten Tan gente (T) etwa in demselben Winkel α ausgerichtet sind.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (9, 109) sich durch den gesamten Walzenkörper erstrec kende Durchgangsbohrungen sind.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10, 110) jeweils nur in ihren anschlußseitigen Endbe reichen in Längsrichtung in der jeweiligen Bohrung fixiert sind.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (10, 110) Heizmedien umfassen, deren Länge kleiner als die Länge des Walzenkörpers ist.

9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente Heizdrähte umfassen, die paarweise von der An schlußseite her in dem Heizelement verlegt sind.

10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze einen inneren Hohlraum (4, 104) aufweist, durch die elektri schen Leitungen (114) von der Einspeiseseite zu dem der Einspeiseseite entfernten Anschluß (112) der Heizelemente (110) verlegt sind.

11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß die Heizelemente zweier, vorzugsweise benachbarter Bohrungen an der der Einspeiseseite entfernten Walzenseite elektrisch miteinander ver bunden sind.

12. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich net, daß die Bohrungsinnenseiten zur besseren Wärmeankopplung be schichtet sind.

13. Walze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh rungsinnenseiten in den beiden stirnseitigen Endbereichen der Walze nicht beschichtet sind.

14. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß an zumindest einem der stirnseitigen Walzenenden formgestaltende Maßnahmen, wie beispielsweise eine den Walzenmantel von dem Walzen körper über eine gewisse Länge trennende, im Querschnitt ringförmige Aus nehmungen, vorgesehen sind.