SPULENKÖRPER FÜR DIE INDUKTIVE BEHEIZUNG VON WALZEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Spulenkörper der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

[0002] Ein solcher Spulenkörper ist aus der EP-A2-00 59 421 bekannt. Die induktive Beheizung von Walzen dient dazu, die Temperatur der Walzenoberfläche zu erhöhen, um die Druckbehandlung des von der Walze behandelten Bahnmaterials bei höherer Temperatur durchführen zu können, beispielsweise eine Papierbahn bei höherer Temperatur kalandrieren zu können. Es sind zu diesem Zweck längs der Walzenoberfläche 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 bestimmtes Temperaturprofil einzustellen, sei es, weil die Papierbahn an einer bestimmten Stelle eine Temperaturerhöhung verlangt, sei es, um durch eine lokale Temperaturerhöhung den Walzendurchmesser und damit den Liniendruck an der betreffenden Stelle zu erhöhen.

[0003] Die Spulenkörper sind in der EP-A2-00 59 421 nur schematisch 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 teilzylindrischen Bereich in dem Kunststoffblock. Sie steht der Walzenoberfläche berührungsfrei mit geringem Abstand gegenüber.

[0004] 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 erforderlich. Die Spule ist an einen Schwingkreis angeschlossen, dessen Spannung etwa 800 Volt beträgt.

[0005] 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 Oberfläche der Walze auf etwa 250° C zu erhöhen.

[0006] Um solche Temperaturen zu erzeugen, bedarf es natürlich 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 Leistungssteigerung nicht standhalten und die Vorderfläche des Kunststoffkörpers nach einiger Betriebsdauer abplatzt. In vielen Fällen war nach sechs Stunden ein solcher Spulenkörper unbrauchbar.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Spulenkörper für höhere Arbeitstemperaturen geeignet zu machen.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

[0009] Die teilzyindrische konkave Vorderfläche des Kunststoffträgers ist in ihrem Radius dem Walzenumfang angepaßt und zur Anbringung dicht vor dem Walzenumfang bestimmt. Die Kühlkammer bewirkt dabei, daß die Vorderfläche 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 einwandfreien Betrieb über zweiundvierzig Stunden ergeben. Das fluide Kühlmedium hat nicht nur die Funktion, Wärme aus dem Bereich der Vorderfläche des Kusntstoff-Trägers abzuführen, sondern hält gleichzeitig die von der Walzenoberfläche ausgehende Strahlung von dieser Vorderfläche ab. Die abzuführende Wärmeleistung beträgt bei einem handelsüblichen Spulenkörper normaler Größe etwa 100 Watt, was durch ein fluides Kühlmedium auch ohne großen Durchsatz bewerkstelligt werden kann.

[0010] Kühlung an sich ist im Zusammenhang mit Induktionsspulen bekannt. Aus der DE-C2-34 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.

[0011] In der US-A-40 05 302 ist eine sogenannte Galette 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.

[0012] Im einzelnen kann die Kühlkammer gemäß Anspruch 2 ausgebildet sein.

[0013] Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die dem Walzenumfang zugewandte Begrenzungsfläche der Abdeckung stark wärmereflektierend auszubilden (Anspruch 3). Auf diese Weise wird der von der Walze abgestrahlte Wärmestrom nur teilweise von dem Kühlelement absorbiert. Die Reflexionserhöhung des Kühlelements kann nicht durch Metallisierung oder Anbringung metallischer Spiegelelemente geschehen, weil diese der Induktionswirkung unterliegen und mitaufgeheizt würden. Es ist vielmehr erforderlich, durch Erhöhung des Weißgrades und des Glanzes ein möglichst hohes Reflexionsvermögen, d.h. ein möglichst hohes Verhältnis der einfallenden zur reflektierten Strahlungsmenge herbeizuführen.

[0014] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines an einer Walzenoberfläche 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.

[0015] Der in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Spulenkörper umfaßt einen Kunststoff-Träger 1 in Gestalt eines quaderförmigen Blocks mit einer teilzylindrischen Vorderfläche 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 durchgriffen und mittels hydraulischer Stützeinrichtungen von innen an dem undrehbaren Querhaupt abgestützt ist.

[0016] Dicht unterhalb der Vorderfläche 2 ist eine in Fig. 1 nur in ihren Umrissen dargestellte Induktionsspule 5 vorgesehen, 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 rechteckig, 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.

[0017] 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 Mittellinie 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.

[0018] 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 Temperaturbeanspruchung, die auch wegen der unterschiedlichen Materialien der Spule 5 und des Kunststoff-Trägers 1 dort zu Zerstörungen führt, wenn besonders hohe Leistungen gefragt sind.

[0019] 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 durchströmt wird. Die Kühlkammer 13 wird durch einen die Vorderfläche 2 geschlossen umrandenden Steg 15 begrenzt, auf den eine Abdeckung 16 in Gestalt eines dünnen Kunststoffblattes 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 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 Kühlelements 20 möglichst dicht an den Walzenumfang 3 herangerückt werden kann, was dem Wirkungsgrad der induktiven Beheizung durch die Spule 5 entgegenkommt.

[0020] Die dem Walzenumfang 3 zugewandte Oberfläche der blattförmigen Abdeckung 16 der Kühlkammer 13 ist weiß und glänzend ausgeführt, um einen möglichst großen Anteil der von dem Walzenumfang 3 abgestrahlten Wärme zu reflektieren.

Ansprüche

1. Spulenkörper (100) einer induktiven Heizeinrichtung der Oberfläche einer umlaufenden Walze (4) aus elektrisch leitendem Material zur Druck- und Temperaturbehandlung von Bahnen aus Papier und dergleichen,
   mit einem Kunststoff-Träger (1), der eine teilzylindrische, im Radius dem Walzenumfang angepaßte und zur Anbringung dicht vor dem Walzenumfang bestimmte konkave Vorderfläche (2) aufweist,
   und mit einer dicht hinter der Vorderfläche in den Kunststoff-Träger (1) eingebetteten Spule (5),
   dadurch gekennzeichnet,
   daß vor der Vorderfläche (2) eine in radialer Richtung nur eine geringe Erstreckung aufweisende flache, die Vorderfläche (2) überdeckende, mit der Vorderfläche (2) in flächiger wärmeleitender Verbindung stehende,Anschlüsse (17,18) für ein fluides Kühlmedium (14) aufweisende und von diesem durchströmbare Kühlkammer (13) vorgesehen ist.

2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (13) ringsum von einem geschlossenen Steg (15) gleichbleibender Höhe umrandet und von einer mit dem Steg (15) dicht verbundenen dünnwandigen, teilzylindrischen, zu der Vorderfläche (2) koaxialen Abdeckung (16) aus Kunststoff überdeckt ist.

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

Claims

1. A coil former (100) belonging to a device for inductively heating the surface of a rotating roll (4) made of electrically conductive material for pressure and temperature treatment of webs of paper and the like, comprising a plastics carrier (1) having a part-cylindrical concave front surface (2) matching the radius of the roll periphery and adapted to be brought closely in front of the roll periphery, and also comprising a coil (5) embedded in the plastics carrier (1) closely behind the front surface thereof, characterised in that a flat cooling chamber (13) extending only slightly in the radial direction is provided in front of the front surface (2), the chamber covering the front surface (2) and being in close-fitting heat-conducting connection therewith and having connections (17, 18) for a liquid cooling medium (14) which flows through the chamber (13).

2. A coil former according to claim 1, characterised in that the cooling chamber (13) is surrounded by a continuous web (15) of uniform height and covered by a thin-walled part-cylindrical plastics cover (16) which is tightly connected to the web (15) and coaxial with the front surface (2).

3. A coil former according to claim 2, characterised in that the boundary surface (19) of the cover (16) facing the roll periphery (3) is constructed so as to be a strong reflector of heat.

Revendications

1. Armature de bobine (100) d'un dispositif de chauffage inductif de la surface d'un cylindre de révolution (4) en matériau électriquement conducteur pour le traitement en pression et en température de feuilles de papier et analogues,
   avec un support (1) en matière plastique, qui présente une face antérieure (2) concave en partie cylindrique, adaptée au rayon de la périphérie du cylindre et destinée à être approchée le plus près possible de la périphérie du cylindre,
   et avec une bobine (5) incorporée dans un support (1) en matière plastique juste derrière la face antérieure, caractérisée en ce qu'on prévoit une chambre réfrigérante (13) plane présentant une faible extension, recouvrant la face antérieure (2) en contact conducteur de chaleur plan avec la face antérieure (2), présentant des connexions (17, 18) pour un milieu réfrigérant fluide (14) et parcourue par celui-ci (13).

2. Armature de bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre réfrigérante (13) est bordée en révolution par une entretoise (15) hermétique de hauteur constante et est recouverte d'une couverture (16) en matière plastique coaxialement à la face antérieure (2), en partie cylindrique à paroi mince et liée de façon hermétique vis-à-vis de l'entretoise (15).

3. Armature de bobine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de délimitation (19) de la couverture (16) tournée vers la périphérie du cylindre (3) est de structure fortement réfléchissante de la chaleur.

Zeichnung