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Dokumentenidentifikation DE19743724B4 09.02.2006
Titel Induktionsheizrollereinrichtung
Anmelder Tokuden Co., Ltd., Kyoto, JP
Erfinder Kitano, Yoshio, Kyoto, JP;
Okamoto, Kozo, Kyoto, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 02.10.1997
DE-Aktenzeichen 19743724
Offenlegungstag 23.04.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.02.2006
IPC-Hauptklasse F16C 13/00(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse D21G 1/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B29C 59/04(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B21B 27/08(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B30B 3/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      H05B 6/14(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      D06C 15/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      D06C 15/08(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Induktionsheizrollereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, daß in dem Fall, wonach Blattmaterial beispielsweise aus Kunststoff, Papier, Textil, nicht gewebtem Textil, sowie dünnem Metallblech oder Gewebematerial (nachfolgend lediglich als „Produkt" wenn verwendet, bezeichnet) kontinuierlich heißgewalzt wird, ein Paar von heißen Walzen, sogenannte „heiße Kalanderwalzen, Prägewalzen oder thermische Bondwalzen", verwendet werden oder eine Heißwalze und eine elastische Walze verwendet werden, welche gegen die Heißwalze anschlägt bzw. angrenzt, um das Blatt oder Gewebe zwischen diesen Walzen einzuklemmen.

Bei deren Betrieb ist es erforderlich, einen vorbestimmten Spaltdruck gleichförmig an das Blatt oder Gewebe anzulegen und dieses gleichförmig-aufzuheizen. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, muß im wesentlichen die Genauigkeit der Heiztemperaturverteilung in die Richtung der Achse der Walze so wie das Durchbiegen der Walzen durch deren Eigengewicht in Betracht gezogen werden. Wenn davon ausgegangen wird, daß eine Heißkalanderwalze mit einem äußeren Durchmesser von 500 mm eine Oberflächentemperaturdifferenz von 10 Grad Celsius aufweist, dann hat der Durchmesser eine thermische Expansionsdifferenz in dem Größenbereich von 0.05 mm. D. h., daß der Heizbetrieb sowie der Druckbeaufschlagungsbetrieb nicht gleichförmig sind, so daß die Möglichkeit besteht, daß die Qualität des resultierenden Produkts nachteilig beeinflußt wird. Folglich muß die Oberflächentemperatur der Walze in die Richtung deren Achse gleichförmig sein.

Wenn eine Last auf das Produkt angelegt wird, um das Produkt druckzubeaufschlagen, dann wird die Walze durch diese Last gebogen. Die Rotationsachse der Walze, welche folglich durchgebogen ist, ist bogenförmig, wenn diese von der Außenseite her betrachtet wird. Als ein Ergebnis hiervon wird insbesondere nahe der Mitte der Walze in Richtung der Achse ein Spalt zwischen den Paar Walzen ausgeformt.

In diesem Fall sowie bei dem vorstehend beschriebenen Betrieb sind der Heizbetrieb und der Druckbeaufschlagungsbetrieb nicht gleichförmig, so daß dies eine Möglichkeit darstellen, daß die Qualität des hieraus resultierenden Produkts nachteilig beeinflußt wird. Folglich ist es essentiell, die Walze daran zu hindern, sich durch die Last durchzubiegen.

Bei einer Heizwalze dieser Gattung wird das vorstehend beschriebene Erfordernis in herkömmlicher Weise in einer solchen Art und Weise erfüllt, daß heißes Öl als deren thermische Quelle verwendet wird und daß eine sogenannte „Kronenwalze (ballige Walze)" vorgesehen wird, deren Mittelabschnitt bogenförmig gestaltet ist, so daß er entsprechend dem Betrag der Abweichung größer ist als die Endabschnitte oder daß eine Einrichtung für das Beaufschlagen eines Öldrucks an die innere zylindrische Oberfläche der Walze vorgesehen ist, um die Abweichung auszugleichen.

Auf der anderen Seite wurde die Aufmerksamkeit auf eine Induktionsheizwalzeneinrichtung als die Heizwalze dieser Gattung gerichtet, welche aufgrund deren Eigenschaften, schnelles Aufheizen, Hochtemperaturheizen und kontaktloses Heizen in die Produktionslinie genommen werden kann. Die Induktionsheizwalzeneinrichtung, in welcher die Abweichung der Walze, verursacht durch die Belastung ausgeglichen wird, ist in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 12791/1990 offenbart.

Die Induktionsheizwalzeneinrichtung, die dort offenbart ist, wird nachstehend mit Bezug auf eine Längsschnittansicht in der 1 sowie eine Querschnittsansicht in der 2 kurz beschrieben.

Eine stationäre Welle 2 ist fest auf einem Ständer oder Sockel 1 befestigt, wobei eine Mehrzahl von einen magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 5 an der stationären Welle 2 unter einem vorbestimmten Abstand in Axialrichtung montiert sind. Jeder der magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 5 hat einen Eisenkern 3 sowie Induktionsspulen 4. Hydraulisch betätigte Mechanismen 8 sind jeweils zwischen den angrenzenden einen magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 5 in Axialrichtung vorgesehen. Jeder der hydraulisch betätigten Mechanismen 8 hat einen Kolben 6, der durch einen Öldruck in die Radialrichtung der stationären Welle 2 bewegbar ist und einen Zylinder 7, in welchem der Kolben 6 jeweils eingesetzt ist.

Darüber hinaus ist eine Walze 9 drehbar auf der stationären Welle 3 gelagert. Die Walze 9 hat Mantelkammern 10 in deren zylindrischer Wand, in denen ein Zweiphasen (Gas und Flüssigkeit)-Heizmedium fluiddicht eingefüllt ist.

Da die Induktionsheizwalzeneirrichtung wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, werden, wenn ein Wechselstrom an die Induktionsspulen 4 der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 5 angelegt wird, alternierende magnetische Flüsse in den magnetischen Kreisen, bestehend aus den Eisenkernen 3 der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 5 und der Zylinderwand der Walze erzeugt. Diese wechselnden magnetischen Flüsse gehen quer zu der inneren Zylinderwand der Walze 9, so daß Induktionsströme darin erzeugt werden. Die „Joule"-Wärme der Induktionsströme heizt die innere Zylinderwand der Walze 9 auf. In diesem Betrieb bewirkt das Zweiphasen (Gas und Flüssigkeit)-Heizmedium in den Mantelkammern 10, die in der Zylinderwand der Walze 9 ausgeformt sind, ein latenter Wärmetransfer, so daß die Oberflächentemperaturverteilung der Walze 9 in Axialrichtung gleichförmig wird.

Bei den hydraulisch betätigten Mechanismen 8 wird unter Druck gesetztes Öl zu den Zylindern 7 über einen Ölkanal 13 gefördert, der in der stationären Welle 2 ausgeformt ist, so daß die Kolben 6 in Richtung zur inneren Zylinderwand der Walze 9 gedrückt werden, wodurch die Abweichung der Walze 9 ausgeglichen wird.

Da andererseits die Walze 9 rotiert, während die Zylinderwand der Walze 9 durch die Kolben 6 gedrückt wird, sind eine innere Laufspur 11 sowie Wälzkörper oder Elemente 12 wie beispielsweise Rollen zwischen dem Ende jedes Kolbens 6 und der inneren Zylinderwand der Walze vorgesehen, um die Rotation der Walze nicht zu behindern oder zu blockieren. D. h., daß es möglich ist, daß der Kolben 6 gegen die innere Laufspur 6 gedrückt wird, um die Abweichung der Walze auszugleichen.

Die herkömmliche Induktionsheizwalzeneinrichtung mit der vorstehenden Konstruktion ist vorteilhaft dahingehend, daß die Temperaturverteilung der Walze in Axialrichtung gleichförmig wird, wobei die Abweichung der Walze infolge der darauf angelegten Kraft in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeglichen werden kann. Jedoch ist diese Einrichtung nach wie vor in den folgenden Punkten nachteilig:

Die Anordnung der hydraulisch betätigten Mechanismen ist hinsichtlich ihrer Dichte begrenzt, da die hydraulisch betätigten Mechanismen in Axialrichtung zwischen den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen angeordnet sind, welche in Axialrichtung abschließend aufgeteilt sind. Folglich ist es schwierig, die Abweichung der Walze feinfühlig auszugleichen. Darüber hinaus besteht die Befürchtung, daß eine nachteilige Beeinflussung durch die Veränderung des Durchmessers der Walze auftritt, die durch den Ausdruck „thermische Balligkeit" bezeichnet wird, und zwar zwischen den jeweils angrenzenden, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen, da die Distanz zwischen den den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen relativ lang ist. Darüber hinaus wird der Strom, dem es ermöglicht wird, in den Induktionsspulen zu fließen, mit Bezug auf die Größe der Walze begrenzt, so daß es unmöglich ist, die Temperatur der Walze zu erhöhen und eine größere thermische Energie zu der Walze zu fördern.

Angesichts dieses Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Induktionsheizwalzeneinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, akkurat die Konfiguration der Walze entsprechend dem Betrag deren Abweichung zu berichtigen, um eine Oberflächentemperatur der Walze gleichförmiger zu machen und die thermische Konvertierung mit hoher Effizienz auszuführen.

Die vorstehend genannte Aufgabe der Erfindung wird durch die Schaffung einer Induktionsheizwalzeneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung sind die hydraulisch betätigten Mechanismen sowie die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen in Axialrichtung in einer solchen Weise angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung von einander verlagert sind. Aus diesem Grund kann eine Vielzahl von hydraulisch betätigten Mechanismen entlang der stationären Welle mit einer hohen Dichte angeordnet werden, wobei das geometrische Massenträgheitsmoment in Richtung der Abweichung der stationären Welle infolge der Reaktion der hydraulisch betätigten Mechanismen erhöht werden kann und der Lastwiderstand entsprechend erhöht werden kann. Daher kann die Konfiguration der Walze entsprechend dem Abweichungsbetrag der Walze verändert werden. Selbst wenn ein den magnetischen Fluß erzeugender Mechanismus in viele Teile unterteilt ist, d. h. selbst wenn eine Anzahl von kleinen, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen verwendet werden, können diese folglich angeordnet werden, ohne die Schaffung eines großen Spalts zwischen den jeweils angrenzenden, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen. Daher kann die Temperatur der Oberfläche der Walze gleichförmig gemacht werden.

Des weiteren sind bei der vorstehend beschriebenen Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung die Eisenkerne durch laminierte bzw. geschichtete U-förmige magnetische Stahlplatten ausgeformt, welche jeweils einen gekrümmten Abschnitt und gerade Abschnitte aufweisen. Daher entstehen erfindungsgemäß geringe Kernverluste bei den sich ergebenden den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen.

Bei der vorstehend beschriebenen Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung kann die stationäre Welle desweiteren ein Bauteil für das Zuführen eines Kühlungsöls zu den den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen aufweisen. In diesem Fall wird bewirkt, daß das Kühlungsöl in die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen strömt, um die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen zu kühlen, so daß es zuläßig ist, daß ein großer Strom in den Induktionsspulen fließt, welche die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen ausbilden. Daher kann die Temperatur an der Oberfläche der Walze erhöht werden, wobei die Temperaturnachlaufeigenschaft mit Bezug auf ein Produkt mit hoher thermischer Kapazität erhöht werden kann.

Des weiteren können bei der vorstehend beschriebenen Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen auf beiden Seiten der hydraulisch betätigten Mechanismen angeordnet sein, welche in einer Linie angeordnet sind, und zwar in einer solchen Weise, daß die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen 90 Grad in Umfangsrichtung entfernt zu den hydraulisch betätigten Mechanismen sind, die in einer Linie angeordnet sind. Daher können die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen auf beiden gegenüberliegenden (rechts und links) Seiten der stationären Welle angeordnet sein, ohne daß das geometrische Massenträgheitsmoment in Richtung der Abweichung der stationären Welle verringert wird, die aufgrund der Reaktion auf die hydraulisch betätigten Mechanismen auftritt. Des weiteren sind die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen an Positionen angeordnet, die rechtwinklig zueinander sind und wo der Versatzbetrag mit Bezug auf die stationäre Welle infolge der Abweichung gering ist, wobei daher die elektromagnetische Verbindung der dem magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen und der Walze eine hohe Stabilität aufweist.

Wenn in diesem Zusammenhang die Mehrzahl von den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen, die auf beiden Seiten der stationären Welle in Axialrichtung angeordnet sind, um so viel wie eine Hälfte der Länge jedes den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismus in Axialrichtung verlagert wird, d. h., wenn die jeweiligen Mitten der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen in einer gestaffelten Weise in Sektionen angeordnet sind, die entlang der Axialrichtung der stationären Welle abgenommen sind, dann wird die Temperaturverteilung der Walzen in Axialrichtung hinsichtlich ihrer Gleichförmigkeit verbessert, wobei die Wirkung bezüglich der Veränderung des Durchmessers der Walze welche erzeugt wird durch „thermisches Ausballen bzw. Ausbauchen" eliminiert wird.

Des weiteren können einige Eisenkerne der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen zusammen in einen linearen Eisenkern umgewandelt werden. Hierdurch können die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen leicht zusammen gebaut werden, wobei das Montieren der derart zusammen gebauten, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen mit Leichtigkeit erreicht werden kann.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann das geometrische Massenträgheitsmoment der stationären Welle in die Richtung der Abweichung, welche infolge der Reaktion auf die hydraulisch betätigten Mechanismen entsteht, erhöht werden. Selbst in dem Fall einer Walzeneinrichtung, die eine Mehrzahl von unterschiedlichen Walzen in solch einer Weise hat, daß sie einander gegenüberstehen, kann folglich die Walzeneinrichtung dieser Erfindung eine dieser Walzen benutzen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

1 ist eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Induktionsheizwalzeneinrichtung,

2 ist eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Induktionsheizwalzeneinrichtung wie sie in der 1 gezeigt wird,

3 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau eines Ausführungsbeispiels für eine Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

4 ist eine Längsschnittansicht, welche die Anordnung von hydraulisch betätigten Mechanismen der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der 3 zeigt,

5 ist eine Längsschnittansicht, welche die Anordnung von einen magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der 3 zeigt,

6 ist eine Längsschnittansicht welche die Anordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels für die den magnetischen Fluß erzeugender Mechanismen der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der 3 zeigt,

7 ist eine Längsschnittansicht, welche einen magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

8 ist eine Längsschnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

9 und 10 sind Perspektivenansichten, welche Ausführungsbeispiele bezüglich eines Eisenkerns in der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigen,

11 und 12 sind Querschnittsansichten, welche Ausführungsbeispiele für einen magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen in der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigen und

13 ist ein erklärendes Diagramm, welches ein Beispiel für einen hydraulischen und elektrischen Kreis bei der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung darstellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die 3 bis 13 beschrieben.

3 ist ein Querschnittsdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel für eine Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der Erfindung zeigt. 4 ist eine Längsschnittansicht, welche die Anordnung von hydraulisch betätigten Mechanismen in der Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der 3 darstellt. 5 ist eine Längsschnittansicht, welche die Anordnung von einen magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen in der Induktionsheizwalzeneinrichtung von 3 darstellt.

In den 3 bis 5 bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine Walze, das Bezugszeichen 22 bezeichnet Manteltaschen, und das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine stationäre Welle. Die Walze 21 ist hohlförmig. Die Mantelkammern 22 sind in der zylindrischen Wand der Walze 21 in einer solchen Weise ausgebildet, daß sie sich in Axialrichtung erstrecken, wobei sie um die Mittelachse unter vorbestimmten Winkelintervallen angeordnet sind.

Ein zweiphasiges (beispielsweise Gasphase und Flüssigkeitsphase) Heizmedium wie beispielsweise Wasser ist fluiddicht in die Mantelkammern 22 durch eine Druckreduktionsart eingefüllt. Die Walze 21 ist drehbar auf der stationären Welle 23 durch sich selbst ausrichtende Rollenlager 24 gelagert. Ein Endabschnitt (der linke Endabschnitt gemäß der 4) der Walze 21 ist mit einem Rotationsantriebsmechanismus (nicht weiter gezeigt) gekoppelt.

Die stationäre Welle 23 hat eine Mehrzahl von hydraulisch betätigten Mechanismen 27 (sechs hydraulisch betätigte Mechanismen 27 werden in der 4 dargestellt), welche in einer Linie parallel zur Axialrichtung angeordnet sind. Jeder der hydraulisch betätigen Mechanismen hat einen Zylinder 25 sowie einen Kolben 26, der in den jeweiligen Zylindern 25 eingesetzt ist. Wie in der 3 dargestellt wird, ist die stationäre Welle 23 mit Rücksprüngen bzw. Ausnehmungen 28 und 29 auf beiden Seiten (rechte und linke Seite) der hydraulisch betätigten Mechanismen 27 vorgesehen, die jeweils in einer Linie parallel zur Axialrichtung angeordnet sind in einer solchen Weise, daß jeder der Rücksprünge 28 und 29 um 90 Grad weg von der Linie in Umfangsrichtung beabstandet ist, welche durch die hydraulisch betätigten Mechanismen 27 definiert ist. Einen magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen 32 und 35 sind in diesen Rücksprüngen bzw. Ausnehmungen 28 und 29 jeweils angeordnet. Jeder der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 hat einen Eisenkern 30 sowie eine Induktionsspule 31, welche um den Eisenkern 30 gewunden ist. In ähnlicher Weise hat jeder der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 35 einen Eisenkern 33 sowie eine Induktionsspule 34, die um den Eisenkern 33 gewickelt ist.

Die stationäre Welle 23 ist ferner mit Langlöchern 36 versehen, die sich in Axialrichtung erstrecken, durch die Öl für das Antreiben der hydraulisch betätigten Mechanismen 27 zu den Zylindern 25 gefördert wird, ein Langloch 37, welches sich in der Axialrichtung erstreckt, durch welches Induktionsspulenkühlöl zu den Rücksprüngen 28 und 29 gefördert wird, ein Langloch 40, welches sich in Axialrichtung erstreckt, durch welches das Induktionsspulenkühlöl, welches zugefördert worden ist, von dem Hohlraum zwischen der stationären Welle 23 und der Walze 21 abgeführt wird sowie ein Langloch 43, das sich in Axialrichtung erstreckt, in welchem die Leitungskabel der Induktionsspulen 31 und 34 verlegt und untergebracht sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die stationäre Welle 23 ferner mit einer Mehrzahl von Langlöchern 36 versehen, die sich in Axialrichtung erstrecken. Jedes der Langlöcher 36 ist mit zwei Zylindern 25 verbunden.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Anzahl von Langlöchern 36 und die Anzahl von Zylindern 25 mit welchen jedes Langloch 36 verbunden ist, nicht begrenzt ist. Sie können von Fall zu Fall in geeigneter Weise ausgewählt werden.

An dem Endabschnitt jedes der Kolben 36, welcher der inneren zylindrischen Fläche der Walze 21 gegenübersteht, ist ein Druckabschnitt 38 vorgesehen. Der Druckabschnitt 38 ist in der Form einer flachen Platte oder eines Tellers ausgebildet, um das Öl zu halten und aufzubewahren, um die innere zylindrische Fläche der Walze 21 zu drücken. Jeder der Kolben 26 hat eine Durchgangsbohrung 39, welche einer Kammer innerhalb des Zylinders 25 ermöglicht, mit dem Drückabschnitt 38 des Kolbens 26 zu kommunizieren.

Jeder der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 ist wie folgt ausgebildet: Zuerst werden eine Mehrzahl von magnetischen Stahlplatten gestapelt und kombiniert bzw. verbunden, um einen primären Eisenkern auszubilden, wobei dann drei Stücke des primären Eisenkerns in im Querschnitt U-Form zusammengebaut werden, um einen U-förmigen Eisenkern 33 oder 30 auszubilden, wie in der 9 gezeigt wird. Alternativ hierzu wird zuerst eine magnetische Stahlplatte im Querschnitt in eine Rollenform gewunden, um einen primären Eisenkern zu bilden, wobei der rollenförmige primäre Eisenkern in eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Form deformiert wird. Schließlich wird der Eisenkern 30 oder 33, der entsprechend in die rechteckige Form deformiert worden ist, zerschnitten und in zwei Stücke aufgeteilt, um einen U-förmigen Eisenkern 30 oder 33 auszubilden, wie in der 10 dargestellt ist. Darüber hinaus werden Induktionsspulen 31 und 34 auf dem Eisenkern 30 und 33 jeweils aufgewickelt, um die den magnetischen Fluß erzeugende Mechanismen 32 und 35 auszuformen. Die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32, die wie vorstehend ausgeformt sind, sind in dem Rücksprung bzw. der Ausnehmung 28 in einer solchen Weise angeordnet, daß die oberen Enden der U-förmigen Eisenkerne 30 angrenzend an die innere zylindrische Fläche der Walze 21 angeordnet ist. In ähnlicher Weise werden die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 35 gemäß vorstehender Ausbildung in dem Rücksprung bzw. der Ausnehmung 29 in einer solchen Weise angeordnet, daß die oberen Enden des U-förmigen Eisenkerns 33 angrenzend an die innere zylindrische Fläche der Walze 21 angeordnet sind. Die Leitungskabel, welche die Induktionsspulen 31 und 34 anschließen, sind durch das Langloch 43 verlegt und sind an einen luftdichten Leitersteckanschluß 44 angeschlossen, der an dem Ende der stationären Welle 23 vorgesehen ist. D. h., daß die Leiterkabel durch den Anschluß 44 an externe elektrische Kabel angeschlossen sind.

Bei der derart konstruierten Induktionsheizwalzeneinrichtung gemäß der 13 sind Kanäle bzw. Leitungen, welche an eine Öldruckpumpe 47 in einem Öldruckkreis angeschlossen sind, an die Längsbohrungen bzw. Langlöcher 36 der stationären Welle 23 angeschlossen, wohingegen eine Leitung bzw. ein Kanal, der an eine Öldruckpumpe 46 in dem Öldruckkreis angeschlossen ist, an die Längsbohrung bzw. das Langloch 37 angeschlossen ist, so daß Öle mit vorbestimmten Drücken in die Langlöcher 36 und 37 gefördert werden. Das zu dem Langloch 37 geförderte Öl wird zu den Ausnehmungen 28 und 29 geleitet, strömt in den Einlaß des Längslochs 40 und wird durch das Langloch 40 ausgestoßen, während es den Raum zwischen der stationären Welle 23 und der Walze 21 füllt, um anschließend durch einen Wärmetauscher 48 gemäß der 13 abgekühlt zu werden und in einen Öltank 45 zurückgeführt zu werden. Das somit zurückgeführte Öl wird zu dem Längsloch 37 mittels der Öldruckpumpe 46 und ferner zu den Längslöchern 36 durch die Öldruckpumpe 47 zugefördert. Die vorstehend beschriebene Ölzirkulation kühlt die stationäre Welle 37 und die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35, wodurch ein großer Strom an die Induktionsspulen angelegt werden kann, wobei die Temperatur der Oberfläche der Walze erhöht werden kann und die Temperatur-Nachlaufkarakteristik mit Bezug auf das Produkt mit hoher thermischer Kapazität erhöht werden kann. In der 13 bezeichnet das Bezugszeichen 49 Druckmeßgeräte, das Bezugszeichen 50 definiert Einstellventile und das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine AC-Leistungsquelle.

Ein Öl, dessen Druck höher ist als der Druck in dem Raum zwischen der stationären Welle 23 und der Walze 21 (welcher mit dem Öl aufgefüllt ist) wird durch die Längslöcher 36 zu den Zylindern 25 gefördert, um die Zylinder 26 aufwärts zu drücken, und gegen die Zylinderfläche der Walze 21 zu drücken, wodurch die Walze 21 so viel wie der Betrag der Abweichung der Walze 21 deformiert wird, welche durch die Last erzeugt wird. In diesem Betrieb wird ein Teil des Öls durch die Durchgangsbohrungen 39 zu den Druckabschnitten 38 gefördert, so daß es durch die schmalen Spalte zwischen den Druckabschnitten 39 und der Walze 21 strömt, um die innere Zylinderwand der Walze 21 aufwärts zu pressen, wodurch die Reibung zwischen der Walze 21 und den Druckabschnitten 38 minimiert wird.

Wenn die Öldrücke, welche an die Zylinder 25 angelegt sind, kleiner gemacht werden als der Druck zwischen der Walze 21 und dem stationären Bauteil 23, dann wird dem Öl zwischen der Walze 21 und der stationären Welle 23 ermöglicht, in die Druckabschnitte einzuströmen, so daß die Kolben 36 abwärts bewegt werden. D. h., durch das individuelle (separate) Steuern des Öldrucks in den Zylindern 25, welche in einer Linie in Axialrichtung der stationären Welle angeordnet sind (durch Steuern jedes zweiten Zylinders gemäß diesem Ausführungsbeispiel) kann die Abweichung der Walze 21 in akkurater Weise ausgeglichen werden, wodurch bei der Herstellung der Produkte ein und die selbe Spaltkraft darauf erzielt werden kann.

Als nächstes wird die AC-Energiequelle 51 (beispielsweise eine 6-Phasen-AC-Energiequelle, deren Ströme 60 Grad phasenverschoben von einander sind), wie sie in der 13 dargestellt wird, an die Induktionsspulen 31, 34 der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 angeschlossen, so daß AC-Ströme dieser Phasen an die Induktionsspulen 31 und 34 angelegt werden. Wenn die AC-Ströme in die Induktionsspulen 31 und 34 strömen, dann werden Wechselmagnetflüsse in Magnetkreisen erzeugt, welche durch die Eisenkerne 30 und 33 der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 sowie die innere zylindrische Wand der Walze 21 ausgebildet sind, so daß die innere zylindrische Wand der Walze quer zu den Wechselmagnetflüssen verläuft, um Ströme zu erzeugen. Die „Joule"-Hitze der somit erzeugten Ströme heizt die innere zylindrische Wand der Walze 21 auf.

In diesem Fall sind die Induktionsströme, welche in den Teilen der inneren zylindrischen Wand der Walze 21 entstehen, welche den Räumen zwischen den angrenzenden, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen gegenüberstehen, klein in ihrem Wert, wobei die Temperaturverteilung der Walze 21 in Axialrichtung eine Wellenform annimmt entsprechend der Anordnung der, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35, wobei jedoch die Räume zwischen den angrenzenden, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen hinsichtlich ihrer Abmessungen klein sind, und daher deren Spitzenwert klein ist, wobei die Temperatur durch den latenten Wärmetransfer des zweiphasigen (Gas und Flüssigkeit) Wärmemediums in den Mantelkammern 22 vergleichmäßigt wird, die in der Zylinderwand der Walze 21 ausgeformt sind, wodurch die Temperaturverteilung der Oberfläche der Walze in Axialrichtung gleichförmig gemacht wird. Daher wird die Durchmesseränderung der Walze, die infolge der Temperaturdifferenz in Axialrichtung auftritt, eliminiert, wobei das Produkt, welches durch die Walze geklemmt wird, gleichförmig aufgeheizt wird.

Die Anordnung der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen kann wie in der 6 dargestellt wird modifiziert werden. D. h., daß eine Mehrzahl von den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32, welche auf beiden Seiten der stationären Welle 23 sowie in Axialrichtung angeordnet sind, um eine Hälfte der axialen Länge jedes der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen verlagert wird, d. h., daß sie in einer gestapelten Weise auf der Oberfläche der stationären Welle angeordnet sind und zwar in einer solchen Weise, daß die Wellenform der Magnetikflußverteilung der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen auf einer Seite der stationären Welle 23 durch die Wellenform der Magnetikflußverteilung der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen auf der anderen Seite der stationären Welle 13 ausgelöscht wird. Als ein Ergebnis hiervon wird der Effekt bei der Veränderung des Durchmessers der Walze, welcher durch die sog. „thermische Ausballung" zwischen den jeweils angrenzenden, den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen verursacht wird, im wesentlichen eliminiert. Folglich wird die Temperaturverteilung der Walze in Axialrichtung weiter verbessert.

D. h., daß in dem Fall des Ausführungsbeispiels gemäß der 6 die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 in Übereinstimmung mit einer dreiphasigen Energiequelle angeordnet sind. Drei Magnetikfluß erzeugende Mechanismen 32 sind auf einer Seite (obere Seite gemäß der 6) der stationären Welle in deren Axialrichtung angeordnet, wohingegen vier Magnetikfluß erzeugende Mechanismen 35 auf der anderen Seite (untere Seite in 6) der stationären Welle in deren Axialrichtung angeordnet sind. Jedoch ist auf dieser Seite die Abmessung (Länge) der zwei Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen 35, welche an beiden Enden angeordnet sind, im wesentlichen auf die Hälfte der verbleibenden zwei Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen 35 verringert, d. h., daß der den Magnetikfluß erzeugende Mechanismus entsprechend einer Phase in zwei Teile unterteilt ist. Folglich gelangen die Räume bei der Modifikation gemäß der 6 zwischen den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen, welche an einer Seite der stationären Welle in deren Axialrichtung angeordnet sind, im wesentlichen zu den Mittelpunkten der den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen, welche jeweils an der anderen Seite angeordnet sind.

Darüber hinaus kann die Anordnung der den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 modifiziert werden, wie in der 7 dargestellt ist. D. h., daß zwei Magnetikfluß erzeugende Mechanismen 32 und 35 auf beiden Seiten der stationären Welle 23 jeweils angeordnet werden können. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Eisenkerne der den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen im Schnitt U-förmig, wie in der 9 oder 10 dargestellt ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Form begrenzt. D. h., die U-förmigen Eisenkerne können ersetzt werden durch zwei Eisenkerne 30 und 33, welche gerade Eisenkerne gemäß der 8 bilden. Diese geraden Eisenkerne können leichter ausgeformt werden, wie die U-förmigen Eisenkerne, wobei die erstgenannteren an die gerade Welle in einfacherer Weise angeschlossen werden können als die letztgenannteren. Darüber hinaus sind gemäß der 8 eine Mehrzahl von Induktionsspulen 31 und eine Mehrzahl von Induktionsspulen 34 auf den Eisenkernen 30 bzw. 33 aufgewickelt, wobei jedoch ohne näher darauf eingehen zu müssen, die Mehrzahl von Induktionsspulen 31 und die Mehrzahl von Induktionsspulen 34 durch zwei Induktionsspulen (31 und 34) jeweils ersetzt werden können.

Die Schnittansicht der vorstehend beschriebenen Magentikfluß erzeugenden Mechanismen ist die gleiche wie die in 11. Jedoch können die Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen ersetzt werden durch solche, welche durch laminierte Eisenkernstahlplatten ausgeformt sind, welche ähnlich einer involuten Kurve ausgeformt sind.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Induktionsheizwalzen 20VV gemäß der Erfindung sind die hydraulisch betätigten Mechanismen in einer Linie in der stationären Welle in deren Axialrichtung angeordnet, wobei der erste und zweite Magnetikfluß erzeugende Mechanismus in der stationären Welle auf beiden Seiten in einer solchen Weise angeordnet ist, daß jeder der ersten und zweiten Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen ein Winkelintervall von 90 Grad zu den hydraulisch betätigten Mechanismen ausbildet, die in einer Linie angeordnet sind. Ohne das Massenträgheitsmoment in Richtung der Abweichung der stationären Welle zu verringern, die infolge der Reaktionskraft auf die hydraulisch betätigten Mechanismen auftritt, wird daher die Wärmemenge, welche durch die den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen erzeugt wird, erhöht. Darüber hinaus wird durch das Anordnen der Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen an den Positionen, in welchen der Versatzbetrag infolge der Abweichung der stationären Welle gering ist, die elektromagnetische Kupplung der Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen an die Walze in stabiler Weise gewährleistet, wodurch die Effizienz der thermischen Konversion erhöht wird. Der vorstehend genannte Winkelintervall von 90 Grad ist der am meisten geeignetste Wert, wobei jedoch die Erfindung nicht auf diesen Wert begrenzt ist.

Die Zahl der Linien der den Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen sowie die Anzahl der hydraulikbetätigten Mechanismen, welche auf einer Linie angeordnet sind, sind nicht immer auf jene begrenzt, welche vorstehend beschrieben worden sind. Darüber hinaus können die Magnetikfluß erzeugende Mechanismen bei deren Anordnung weiter unterteilt werden, um die Veränderung hinsichtlich des Durchmessers der Walze, welche infolge der „thermischen Ballung" auftritt, zu verteilen, um hierdurch partiell die Temperaturverteilung der Walze in deren Axialrichtung zu steuern.

Gemäß der vorstehenden detaillierten Beschreibung hat die Induktionsheizerzeugungswalze gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen oder Effekte: Die Konfiguration der Walze kann in feiner und akkurater Weise geändert werden in Übereinstimmung mit dem Abweichungsbetrag, wobei die Temperatur der Oberfläche der Walze gleichförmig gemacht werden kann. Ferner hat die Walze eine große Wärmekapazität.

Eine Induktionsheizwalzeneinrichtung hat:

Eine feststehende Welle 23 mit einer Mehrzahl von hydraulischen Betätigungsmechanismen 27, die in einer Linie in Axialrichtung angeordnet sind, wobei jeder hydraulische Betätigungsmechanismus aus einem Zylinder 25 sowie einem Kolben 26 besteht und Magnetikfluß erzeugende Mechanismen 32 und 35, welche Eisenkerne 30 und 33 sowie Induktionsspulen 31 und 34 aufweisen, die um die letztgenannteren 30 und 33 gewunden sind und eine Walze 21, die drehbar auf der stationären Welle 23 gelagert ist und eine zylindrische Wand hat, welche Mantelkammern 22 umfaßt, die mit einem zweiphasigen (Gas und Flüssigkeit) Heizmedium gefüllt sind. Bei der Einrichtung sind die Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen 32 und 35 auf beiden Seiten der stationären Welle in Axialrichtung in einer solchen Weise angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung 90 Grad von den hydraulischen Betätigungsmechanismen beabstandet sind, welche in einer Linie angeordnet sind. Aus diesem Grunde ist es möglich, eine Induktionsheizwalzeneinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, in akkuraterer Weise die Konfiguration der Walze entsprechend dem Abweichungsgrad zu korrigieren, um die Oberflächentemperatur der Walze gleichförmiger zu machen und den Wärmeaustausch mit einer hohen Effizienz durchzuführen.


Anspruch[de]
  1. Induktionsheizwalzeneinrichtung mit den folgenden Bauteilen:

    – eine stationäre Welle (23) mit einer Mehrzahl von hydraulischen Betätigungsmechanismen (27), die in einer Linie angeordnet sind, welche sich parallel zur Axialrichtung der stationären Welle erstreckt und mit einen magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen (32 und 35), welche jeweils Eisenkerne (30 und 33) sowie Induktionsspulen (31 und 34) aufweisen, welche auf den Eisenkernen aufgewickelt sind und

    – eine Walze (21), die drehbar auf der stationären Welle gelagert ist und eine zylindrische Wand mit zumindest einer Mantelkammer hat, welche mit einem zweiphasigen Heizmedium gefüllt ist,

    wobei jedes der hydraulischen Betätigungsmechanismen (27) einen Kolben (26) für das Druckbeaufschlagen der inneren zylindrischen Fläche der zylindrischen Wand mittels eines Hydraulikdrucks eines Drucköls hat, das zu den Kolben der hydraulischen Betätigungsmechanismen (27) förderbar ist, und die Walze (21) durch das Anlegen eines Stroms an die Induktionsspulen (31 und 34) der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen (32 und 35) aufheizbar ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen (32 und 35) in Umfangsrichtung beabstandet zu der einen Linie angeordnet sind, welche durch die hydraulischen Betätigungsmechanismen (27) definiert ist, wobei jeder der Eisenkerne (30 und 33) der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen (32 und 35) durch laminierte U-förmige magnetische Stahlplatten ausgeformt ist, die jeweils einen gekrümmten Abschnitt und gerade Abschnitte aufweisen.
  2. Induktionsheizwalzeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Welle (27) des weiteren umfaßt: Eine Einrichtung (37) für das Zuführen eines Kühlöls zu den den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen.
  3. Induktionsheizwalzeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen auf beiden Seiten der hydraulischen Betätigungsmechanismen in einer solchen Weise angeordnet sind, daß die den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen in Umfangsrichtung um 90 Grad beabstandet zu den hydraulischen Betätigungsmechanismen angeordnet sind.
  4. Induktionsheizwalzeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Magnetikfluß erzeugenden Mechanismen voneinander in Axialrichtung verlagert sind und zwar in einer solchen Weise, daß die Mitte der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen in einem Schnitt entlang der Axialrichtung der stationären Welle in einer gestapelten Weise angeordnet sind.
  5. Induktionsheizwalzeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Eisenkerne (30 und 33) der den magnetischen Fluß erzeugenden Mechanismen (32 und 35) gemeinsam in einen linearen Eisenkern konvertiert sind.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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