DE20304532U1

DE20304532U1 - Faser-Kunststoff-Verbundwalze

Info

Publication number: DE20304532U1
Application number: DE20304532U
Authority: DE
Original assignee: PM TEC WALZEN GmbH
Current assignee: PM TEC WALZEN GmbH
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2013-03-19

Description

Faser-Kunststoff- Verbundwalze

Die Erfindung betrifft Faser-Kunststoff-Verbundwalzen, welche als Heiz- oder Kühlwalzen ausgeführt sind. Das Material für die Walzenrohre besteht aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, beispielsweise aus Kohlestofffaser- oder Glasfaserverbundwerkstoffen.

Bekanntlich gibt es Heiz- und Kühlwalzen in den verschiedensten Ausfertigungen. Es wird häufig gefordert, dass die Walzentemperatur über die gesamte Walzenoberfläche möglichst gleichbleibend ist und auch möglichst keinen zeitlichen Schwankungen unterworfen ist.

Die Heiz-und Kühlwalzen kommen hauptsächlich als Einfachmantel- oder Doppelmantelausführungen zum Einsatz.

Bei Einfachmantelwalzen kann der Innenraum des Rohres mit Sprührohren versehen sein, womit das Medium mit Wärme- oder Kühlwirkung dem Walzenrohr zugeführt wird. Es erfolgt somit, bedingt durch das metallische Walzenrohr, eine Einflussnahme auf die Temperatur der äußeren Oberfläche der Walze.

Bei den Doppelmantelwalzen befinden sich auf dem metallischen Walzenrohr häufig spiralförmig angeordnete Stege, zwische denen das Heiz-/Kühlmedium geführt wird. Es erfolgt die Übertragung der Wärme vom Medium auf den Außenkörper. Dabei darf nicht übersehen werden, dass ein Teil der Energie durch Ableitung in das Innere des Walzenrohres bei dieser Konstruktion verloren geht.

Um hohen Anforderungen bei der Wärmeleistung und beim Stabilhalten der Temperatur an der äußeren Oberfläche der Walze zu entsprechen, kommen Sonderkonstruktionen zur Ausführung. Dabei wird das vorgenannte Prinzip, dass zwischen den Stegen das Medium geführt wird, beibehalten. Jedoch ist ein inneres Kanalsystem vorgesehen, um eine stabile Heiz- bzw. Kühlleistung zu erreichen, damit die erforderliche Oberflächentemperatur mit geringen Abweichungen gegeben ist.

In der Patentliteratur gibt es diverse Vorschläge, um den hohen Anforderungen an eine Wärme- bzw. Kühlmittelzuführung zu entsprechen.

Man hat bereits versucht, das Heiz-/Kühlmedium von außen direkt auf die Oberfläche zu übertragen, siehe DE 30 05 526 mit dem Titel "Walze mit einer zu heizenden oder zu kühlenden Walzenoberfläche". Gemäß DE 30 05 526 werden Wärmeaustauschvorrichtungen im Sinne von Kammern verwendet, in denen das Heiz-/Kühlmedium

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verwirbelt wird, und es besteht ein direkter Kontakt zwischen den Kammern und der Walzenoberfläche. Abgesehen von einem hohen Fertigungsaufwand stellt sich die Frage, ob diese Walzen den heutigen Forderungen nach hohen Walzgeschwindigkeiten gerecht werden.

Die DE 200 20 581 Ul beschreibt auch eine beheizbare Walze. Bei dieser sind achsparallele Bohrungen in den Walzenkörper nahe der äußeren Oberfläche der Walze eingebracht. In den Bohrungen befinden sich Heiz-/Kühlschlangen. Mit dieser Art der Wärme-/ Kälteübertragung ergeben sich hohe Aufwendungen beim Herstellen der Bohrungen, vor allem, wenn es sich um Walzenrohre für größere Arbeitsbreiten handelt. Auch Unwuchtprobleme sind hier als sehr nachteilig anzusehen.

Es ist noch darauf zu verweisen, dass Leichtlaufrollen aus Kunststoff zum Einsatz kommen, die gegenüber metallischen Walzenrohren unter bestimmten Einsatzbedingungen recht erhebliche Vorteile besitzen. Zum Beispiel kann durch die Leichtlaufrollen die installierte Antriebsleistung reduziert werden, ein schnelleres Beschleunigen bzw. Bremsen der Walzen ist möglich, die Lager der Walzanlage werden weniger belastet. Als Werkstoffe kommen hauptsächlich Kohlestofffaser- und Glasfaserverbundstoffe zur Anwendung.

Bei Heiz- oder Kühlwalzen aus Kunststoffen besteht jedoch das Problem, dass es sich um nicht wärmeleitende Materialien handelt. Die bereits anfänglich genannte recht einfache

Lösung, dass in dem Innenraum des Walzenrohres das Wärme-/Kühlmedium eingebracht wird, führt hier nicht zum Erfolg.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Faser-Kunststoff-Verbundwalze vorzuschlagen, welche im Hinblick auf Heiz- bzw. Kühlleistung einen hohen Wirkungsgrad aufweist, die fertigungstechnisch leicht herzustellen ist und eine ultraleichte Walze darstellt, um mehr als bisher die Vorteile der Faser-Kunststoff-Verbundmaterialien auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wobei hinsichtlich der erfindungsgemäßen Gedanken auf den Schutzanspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Schutzansprüchen 2 bis 6.

Zur Erläuterung der Erfindung ist Folgendes auszuführen. Wie schon gesagt, besteht das Walzenrohr, also der Grundkörper, aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff. Auf das nicht leitende Walzenrohr wird eine Schicht, z. B. aus Hartummi, Silicon oder einem anderen Elastomer aufgebracht. In diese Schicht sind Profile eingebracht zum Transport des Heiz- oder Kühlmediums. Diese Profile sind spiralförmig oder parallel zur Rohrachse in die' Elastomerschicht eingearbeitet. Über die Elastomerschicht wird ein wärmeleitendes Rohr, also ein metallisches Rohr, zweckmäßigerweise aus Stahl oder Edelstahl, geschrumpft. Wie noch in dem 1. Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung dargelegt wird, ist ein hoher Wirkungsgrad beim Übertragen der Temperatur auf die äußere Oberfläche der Walze geigeben, denn die Mulden der Profile in der Elastomerschicht können breiter ausgeführt sein als die Stege. Das aufgeschrumpfte Rohr hat einen hervorragenden Sitz auf der Elastomerschicht und kann verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt sein.

Es ist alternativ möglich, in die Mulden der Profile der Elastomerschicht metallische Rohre einzubringen. Diese Rohre können sich als Sonderprofile dem Profil der Elastomerschicht
anpassen. Es würde z. B. ein Rohr mit Rechteckprofil sinnvoll sein, denn über die breite

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Fläche des Rechteckprofils wäre ein sehr guter Wärmeübergang zum aufgeschrumpften Mantelrohr gegeben.

Die Profile werden mit der Herstellung der Elastomerschicht in diese eingearbeitet. Damit wird der Grad der Vorfertigung bei der Herstellung der Walzen erhöht.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Die Figuren zeigen in Prinzipdarstellung:

Figur 1: Teilstück einer Faser-Kunststoff-Verbundwalze, teilweise geschnitten
Figur 2: Detaildarstellung der Elastomerschicht mit eingelegtem Rohr (Sonderprofil)

Die: verwendeten Bezugszeichen bedeuten:

1 - Walzenrohr

2 - Wandung des Walzenrohrs

3 - Elastomerschicht mit Profil

4 - Profilmulde

5 - Profilsteg

6 - äußere Schicht der Walze/Walzenmantel

7 - Rohr (Sonderprofil)

1. Ausführungsbeispiel

Es wird auf Figur 1 verwiesen.

Das Walzenrohr 1 besteht aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff. Als Werkstoffe sollen beispielhaft Kohlestofffaser (CFK)- oder Glasfaser (GFK)-Verbundwerkstoffe genannt sein. Der Einsatz anderer Kunststoffe ist möglich. Auf die Wandung 2 des Walzenrohrs 1 ist eine Elastomerschicht 3 aufgebracht, die aus Silicon, Hartgummi oder anderen vergleichbaren Materialien bestehen kann. Zweckmäßigerweise vor dem Aufbringen der

Elastomerschicht 3 auf das Walzenrohr 1 wird mit der Herstellung der Elastomerschicht 3 das Profil eingearbeitet, welches gemäß Figur 1 aus einer rechteckigen Profilmulde 4 und dementsprechenden Profilstegen 5 besteht. Andere Profilmuldenquerschnitte sind denkbar, z. B. halbkreisförmige Profilmuldenquerschnitte. Das Profil ist spiralartig oder achsparallel zur Rohrachse in die Elastomerschicht eingearbeitet, so dass der Transport des Heiz-/ Kühlmediums in den Profilmulden 4 über die gesamte Arbeitsbreite Walze erfolgt. Auf die Elastomerschicht 3 ist ein metallisches Rohr aufgeschrumpft, welches den Walzenmantel 6 darstellt.

Es; ist offensichtlich, dass bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ein effektiver Wärme-/ Kälteübergang auf den Walzenmantel 6 erfolgt und Wärmeenergieverluste, durch die Konstruktion bedingt, innerhalb der Walze kaum auftreten. Das Walzenrohr 1 mit dem Vorteil des geringen Gewichts hat in Kombination mit der Elastomerschicht 3 gleichzeitig den Vorteil der weitgehenden Verhinderung von Wärmeenergieverlusten.

2. Ausführungsbeispiel

Es wird auf Figur 2 verwiesen. Im Vergleich zu Figur 1 handelt es sich um eine Variante.

In die Elastomerschicht 3 sind rechteckige Profilmulden eingearbeitet. Im Grunde genommen ist wie im 1. Ausfuhrungsbeispiel eine Profilmulde spiralförmig in die Elastomerschicht eingearbeitet. Vorteilhafterweise dem Querschnitt der Profilmulde 4 angepasst, ist in dieser ein metallisches Rohr 7 für den Durchfluss des Heiz-/Kühlmediums plaziert. Das Sonderprofil des Rohres 7 sollte derartig ausgeführt sein, dass ein flächenhafter Übergang der Wärmeenergie zum Walzenmantel erfolgt. *

Ergänzend ist noch festzustellen, dass im Hinblick auf an sich bekannte Walzen auf dem Walzenmantel 6 bei Bedarf eine entsprechende Beschichtung aufgebracht ist.

Mit der beschriebenen Erfindung ist die vorher formulierte Aufgabe umfassend gelöst. Es wird durch die Verwendung von Faser-Kunstoff-Verbundmaterial für das Walzenrohr 1 eine sehr leichte Walze vorgeschlagen. Obwohl das Walzenrohr 1 an sich nicht wärmeleitend ist, wurde eine Lösung gefunden, die Wärmeenergie mit hohem Effekt auf die äußere metallische Schicht 6 der Walze zu übertragen.

Im Hinblick auf die bereits erwähnten Vorteile von Leichtlaufrollen ist noch zu ergänzen, dass nunmehr auch Faser-Kunstoff-Verbundwalzen mit Heiz-/Kühlwirkung und einer sehr großen Arbeitsbreite (beispielsweise 13 m, soweit erforderlich) auf den Markt gebracht werden können, die vorher wegen des großen Gewichts Transportprobleme bereiteten.

Claims

1. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, welche als Heiz- oder Kühlwalze ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzenrohr (1) aus Faser-Kunstoff-Verbundmaterial besteht, auf dem Walzenrohr (1) fest sitzend eine Elastomerschicht (3) angeordnet ist, die Elastomerschicht (3) am äußeren Umfang ein spiralförmig oder parallel zur Rohrachse angeordnetes Profil aufweist, bestehend aus einer Profilmulde (4) für den Transport eines Heiz- oder Kühlmediums über die gesamte Arbeitsbreite der Walze und einem der Profilmulde (4) entsprechenden Profilsteg (5) und auf der Elastomerschicht (3) ein wärmeleitendes Rohr, nämlich der Walzenmantel (6) aufgeschrumpft ist.

2. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Profilmulde (4) ein wärmeleitendes Rohr (7) plaziert ist.

3. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Rohr 7 mit seinem Profil dem Profil der Profilmulde (4) angepasst ist.

4. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) als Sonderprofil so gestaltet ist, dass ein großflächiger Wärmeenergieübergang zum Walzenmantel (6) erfolgt.

5. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (6) aus Stahl/Edelstahl besteht und hinsichtlich der Materialdicke im Vergleich Elastomerschicht (3) und der Walzenrohrwandung (2) eine relativ geringe Materialdicke aufweist.

6. Faser-Kunstoff-Verbundwalze, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise der Walzenmantel (6) erforderlichenfalls beschichtet ist.