Induktiv beheizte Galette, insbesondere für Textilmaschinen, Bändchen- oder Folienanlagen
Die Erfindung betrifft eine induktiv beheizte Galette, insbesondere für Textilmaschinen, Bändchenoder Folienanlagen, mit einem drehbar gelagerten Mantel, in welchem ein feststehender Kern aus ferromagnetischem Werkstoff angeordnet ist, der von einer mit einer Stromquelle verbindbaren Spule umgeben ist.
Galetten dieser Art sind bereits bekannt. So ist beispielsweise im USA-Patent 3 412 228 eine Galette beschrieben, die als fliegend gelagerte Hohlwalze ausgebildet ist, die über eine Welle in Umdrehung versetzt werden kann. Im Inneren der Hohlwalze ist ein aus lamellierten Eisenblechen bestehender Kern angeordnet, der die Antriebswelle konzentrisch umgibt, und der so angeordnet ist, dass er am Umlauf der Galette nicht teilnimmt. Der Kern trägt eine aus zahlreichen Windungen bestehende Spule, deren Anschlussenden nach aussen geführt und dort mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. Die Spule bildet die Primärseite eines Transformators, dessen Sekundärseite die Hohlwalze selbst ist.
Wird die Spule von einem Wechselstrom durchflossen, so wird im Kern ein magnetisches Kraftfeld erzeugt, welches über einen Luftspalt in die beiden Stirnplatten der Hohlwalze eintritt und von dort in den Mantel der Galette geleitet wird.
Der magnetische Fluss erzeugt im Galettenmantel eine senkrecht auf den Kraftlinien stehende elektrische Spannung, die ihrerseits einen Strom im Galettenmantel zur Folge hat. Infolge des Ohmschen Widerstandes des Galettenmantels wird der Mantel durch den hindurchfliessenden Strom erwärmt.
Die beschriebene Anordnung wäre geeignet, einen weitgehend gleichmässigen Temperaturverlauf in Richtung der Galettenachse auf der gesamten Manteloberfläche zu erzeugen, wenn der Wärmebedarf der Galette an allen Stellen gleich gross wäre. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall, da an den Enden der Galette mehr Wärme abgeführt wird als in der Galettenmitte. Die Folge hiervon ist ein starker Temperaturabfall an den beiden Galettenenden, der je nach den vorliegenden Be triebsbedingungen bis zu 30 betragen kann.
Um den Temperaturverlauf in Richtung der Galettenachse auf der gesamten Manteloberfläche zu vergleichmässigen, ist es aus der genannten USA-Patentschrift 3 412 228 bekannt, im Inneren der Galette Ringe aus elektrisch gut leitendem, nicht magnetisierbarem Werkstoff, beispielsweise Kupfer anzuordnen, deren Stärke dem Wärmebedarf der jeweiligen Stelle der Galette angepasst ist. Die Vergleichmässigung des Temperaturprofiles durch derartige Ringe kommt dadurch zustande, dass die Ringe einen wesentlich geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als der meist aus Stahl bestehende Galettenmantel, so dass bei gleicher Spannung in ihnen ein wesentlich höherer Strom fliesst.
Dieser Strom hat eine stärkere Wärmeentwicklung zur Folge, wodurch die unterschiedliche Wärmeabfuhr über die Galettenlänge ausgeglichen wird.
Messungen an Galetten dieser Art haben gezeigt, dass das Temperaturprofil allerdings immer noch merkliche Abweichungen von der angestrebten Linearität aufweist, was vermutlich darauf zurückführen ist, dass mit Rücksicht auf die engen Raumverhältnisse nicht beliebig viel hochkonduktiver Werkstoff im Inneren der Galette an der erforderlichen Stellen angehäuft werden kann. Ausserdem hat sich gezeigt, dass bei den bekannten Anordnungen die Wirkung der hochkonduktiven Schicht auch dadurch begrenzt bleibt, dass der Wärme übergang zwischen der Schicht und dem Galettenmantel nicht an allen Stellen des Umfanges gleich gut ist. Es bereitet Schwierigkeiten, solche meist durch Drehen hergestellte Ringe derart in die Galette einzusetzen, dass sie an allen Stellen des Umfanges gleich gut am Galettenmantel anliegen.
Bei diesem Stande der Technik besteht die Aufgabe, eine induktiv beheizte Galette vorzuschlagen, deren über die Galettenlänge betrachtetes Temperaturprofil derart linearisiert sein kann, dass die Temperaturdifferenz, die sich unter ungünstigen Bedingungen zwischen Galettenmitte und Galettenenden einstellt, möglichst klein ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemässe Galette dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel in seiner Innenfläche wenigstens eine in sich geschlossene, sich über den gesamten Mantelumfang erstrekkende Ausnehmung mit einer im Bereich wenigstens eines Mantelendes über den gesamten Mantelumfang sich erstreckenden Hinterschneidung aufweist.
Ausführungsbeispiele der Galette nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Galette kann die Ausnehmung leer oder von einem Ring ausgefüllt sein. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Galette und
Fig. 2 eine schematische Darstellung verschiedener Temperaturprofile.
Gemäss Fig. 1 besitzt eine Galette 1 einen Galettenmantel 2, der mittels einer Welle 3 in einem Maschinengestell 4 fliegend gelagert ist. Die Welle 3 ist dabei in einem Vorsprung 5 befestigt, der sich an einer Stirnplatte 6 der Galette befindet. Der Vorsprung 5 und die Welle 3 sind von einem Kern 7 aus magnetisierbarem Werkstoff, beispielweise lamellierten Eisenblechen, umgeben. Der Kern 7 hat einen U-förmigen Querschnitt, der im dargestellten Beispiel derart ausgebildet ist, dass die beiden Schenkel 8 und 9 gleich lang sind. Der Kern 7 ist mit Hilfe einer Halterung 10 fest mit dem Maschinengestell verbunden, so dass er am Umlauf des Galettenmantels 2 und der Welle 3 nicht teilnimmt.
Der Kern 7 trägt ferner eine aus mehreren Windungen bestehende Spule 11, deren Enden 12 und 13 mittels einer Anschlussleitung 14 mit einer nicht dargestellten Wechselstromquelle verbunden sind.
Zur Vergleichmässigung des Temperaturprofiles, also des Temperaturverlaufs über die Galettenlänge, sind in den Galettenmantel Ringe 15 und 16 eingelegt.
Die Ringe weisen im Bereich wenigstens eines Galettenendes 17 und/oder 18 kragenartige Vorsprünge 19 auf, die um den gesamten Ringumfang verlaufen. Diese kragen artigen Vorsprünge haben vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und sie sind so weit an den Enden 17; 18 des Galettenmantels 2 vorverlegt, dass das erstrebte gleichmässige Temperaturprofil über die gesamte Galettenlänge entsteht. Die Ringe mitsamt ihren kragenartigen Vorsprüngen können beispielsweise mit Hilfe des bekannten Pulverspritzverfahrens in entsprechend gestaltete Ausdrehungen des Galettenmantels 2 eingefügt werden. Wie bereits betont, genügt es für manche Fälle auch, wenn lediglich formentsprechende Ausdrehungen im Galettenmantel vorhanden sind, wobei dann auf die eingelegten bzw. eingespritzten oder gesinterten Ringe verzichtet werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Form des Kernes 7 hat sich als besonders günstig erwiesen. Dieser Kern weist zwei gleich lange Schenkel 8 und 9 auf, deren Aussenabmessung 20 wenigstens annähernd der Länge des Galettenmantels 2 entspricht. Die Anordnung ist ferner so getroffen, dass die kragenartigen Vorsprünge 19 der Ringe 15 und 16 ebenfalls bis in den Bereich der maximalen Aussenabmessung der Kernschenkel hineinragen.
Auf diese Weise wird der magnetische Kraftfluss gezwungen, den Galettenmantel bis an die Enden der wirksamen Länge zu durchsetzen und dort durch Induktion Ströme, die der Aufheizung des Galettenmantels dienen, zu erzeugen. Die dargestellte Ausgestaltung des Kernes hat zudem noch den Zweck, dass keinerlei mechanische Kräfte auf die Lager 21 bzw. die Welle 3 übertragen werden, was der Fall wäre, wenn anstelle des dargestellten Kernes beispielsweise ein langgestreckter Kern verwendet würde, wie er im USA-Patent 3 412 228 gezeigt ist. Desgleichen würden mechanische Kräfte auf die Welle 3 und damit auf die Lager 21 übertragen, wenn die Schenkel verschiedene Längen hätten, wobei der längere Schenkel dann in einen Vorsprung bzw. eine Ausnehmung des Galettenmantels eingreifen würde.
Die Wirkung der beschriebenen Ausgestaltung des Galettenmatels bzw. der dort eingesetzten Ringe kann aus Fig. 2 abgelesen werden. In der Figur ist ein Diagramm dargestellt, auf dessen horizontaler Achse die Länge des Galettenmantels in cm aufgetragen ist. Auf der vertikalen Achse ist die Oberflächentemperatur einer aufgeheizten Galette in C aufgetragen. Kurve I lässt den üblicherweise erzielten Temperaturverlauf über die Länge erkennen, wenn keinerlei Ausdrehungen im Galettenmantel vorhanden sind (nicht erfindungsgemäss). Es ist zu erkennen, dass in diesem Fall Temperaturunterschiede von 20 und mehr ' C zwischen den Galettenenden und der Galettenmitte auftreten.
Werden dagegen im Inneren des Galettenmantels entsprechend gestaltete Ausdrehungen angebracht, so gelingt es bereits, diese Temperaturunterschiede auf die Hälfte zu reduzieren, wie dies durch die Kurve II dargestellt wird.
Die Kurve III zeigt schliesslich das Temperaturprofil der in Fig. 1 dargestellten Galette mit Einlagen aus Kupfer oder Messing, die nach dem Pulverspritzverfahren erzeugt wurden.
Weitere Versuche haben gezeigt, dass anstelle von Kupfer auch Kupferlegierungen, beispielsweise Bronze oder Messing, verwendet werden können. Auch andere nicht magnetisierbare, aber gut elektrisch leitende Werkstoffe, wie Aluminium oder dergl., sind zu verwenden.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, könnten also die die Ringe 15 und 16 aufnehmenden Ausnehmungen auch leer sein, wobei auf die Erzeugung einer zusätzlichen Wärmemenge im hochkonduktiven Material verzichtet wird und die Linearisierung des Temperaturprofils lediglich durch entsprechende Verdrängung des magnetischen Flusses erzielt wird.
Vorzugsweise ist jedoch, wie in der Zeichnung dargestellt, die bzw. jede Ausnehmung mit einem in den Galettenmantel eingebetteten Ring aus elektrisch gut leitendem, nicht magnetisierbarem Werkstoff gefüllt.
Ein solcher Ring kann dann zweckmäissig in dem kragenartig vorspringenden Teil der Ausnehmung einen kragenartigen Vorsprung aufweisen. Mit einer solchen bevorzugten Ausbildung kann, im Vergleich zu der eingangs geschilderten bekannten Anordnung von Ringen im Innenraum des Galettenmantels, zweierlei erreicht werden: Einmal ist es durch die kragenartigen Vorsprünge möglich, den bzw. die Ringe aus hochkonduktivem Werkstoff optimal der Galettenform anzupassen und so an jeder beliebigen Stelle der Galettenlänge genau diejenige Zusatzwärmemenge zu entwickeln, die infolge vermehrter Wärmeabfuhr gerade dort benötigt wird. Zum anderen ist es durch das Einbetten des Ringes in den Galettenmantel möglich, den Wärmeübergang optimal zu gestalten, da hierdurch die Berührungs fläche zwischen Ring und Mantel wesentlich vergrössert wird.
Um diesen Vorteil voll auszunutzen zu können, können dabei die kragenartigen Vorsprünge zweier Ringe einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und mit ihren Spitzen so weit an die Enden des Galettenmantels vorverlegt sein, dass ein über die gesamte Galettenlänge gleichmässiges Temperaturprofil entsteht. Vorteilhafterweise können die Ringe nach dem an sich bekannten Pulverspritzverfahren erzeugt werden, oder sie können durch Sintern erzeugt und dabei fest mit dem Galettenmantel verbunden werden. Bei Anwendung dieser an sich bekannten pulvermetallurgischen Methoden ist es nicht erforderlich, die Ringe zunächst ausserhalb des Galettenmantels zu erzeugen und sie danach in entsprechende Aussparungen einzulegen, sondern die Ringe können unmittelbar in den Aussparungen des Galettenmantels aufgebaut und dabei sogleich aufs innigste mit diesem verbunden werden.
Durch diese Massnahmen kann sichergestellt werden, dass der Wärmeübergang vom Ring auf den Galettenmantel optimal ist.
Bei Versuchen zur Herstellung derartiger bevorzugter Galetten hat sich gezeigt, dass die beschriebenen Einlagen in doppelter Hinsicht wirksam sein können.
Einmal kann in ihnen infolge der besseren elektrischen Leitfähigkeit eine zusätzliche Wärmemenge erzeugt werden, die durch Wärmeleitung an den Galettenmantel abgegeben werden kann. Zum anderen kann aber noch ein weiterer Effekt entstehen, indem der magnetische Fluss von den nicht magnetisierbaren Einlagen verdrängt werden und bei geeigneter Formgestaltung in diejenigen Teile des Galettenmantels fliessen kann, in denen die zusätzliche Wärmemenge benötigt wird. Auf diese Weise können diese Teile ebenfalls vom Fluss durchströmt werden, so dass in ihnen selbst durch Induktion ein erhöhter Strom und folglich zusätzliche Wärme entstehen kann.
Dieser doppelte Effekt der Einlagen kann besonders ausgenützt werden, wenn der Kern in an sich bekannter Weise einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Aussenabmessung der beiden gleich langen Schenkel des Kernes wenigstens annähernd der Länge des Galettenmantels entsprechen kann.
Inductively heated godet, especially for textile machines, ribbon or film systems
The invention relates to an inductively heated godet, in particular for textile machines, ribbon or film systems, with a rotatably mounted jacket in which a stationary core made of ferromagnetic material is arranged, which is surrounded by a coil that can be connected to a power source.
Godets of this type are already known. For example, US Pat. No. 3,412,228 describes a godet which is designed as a cantilevered hollow roller which can be set in rotation via a shaft. Inside the hollow roller, a core consisting of lamellar iron sheets is arranged, which concentrically surrounds the drive shaft and which is arranged in such a way that it does not participate in the circulation of the godet. The core carries a coil consisting of numerous turns, the connection ends of which are led to the outside and connected to an alternating current source. The coil forms the primary side of a transformer, the secondary side of which is the hollow roller itself.
If an alternating current flows through the coil, a magnetic force field is generated in the core, which enters the two end plates of the hollow roller via an air gap and is directed from there into the jacket of the godet.
The magnetic flux generates an electrical voltage in the godet jacket perpendicular to the lines of force, which in turn causes a current in the godet jacket. As a result of the ohmic resistance of the godet jacket, the jacket is heated by the current flowing through it.
The arrangement described would be suitable for generating a largely uniform temperature profile in the direction of the godet axis over the entire jacket surface if the heat demand of the godet were the same at all points. However, this is usually not the case, since more heat is dissipated at the ends of the godet than in the middle of the godet. The consequence of this is a sharp drop in temperature at the two godet ends, which can be up to 30 depending on the operating conditions.
In order to equalize the temperature profile in the direction of the godet axis over the entire jacket surface, it is known from the aforementioned USA patent 3 412 228 to arrange rings made of electrically good conductive, non-magnetizable material, for example copper, the strength of which corresponds to the heat requirement is adapted to the respective location of the galette. The equalization of the temperature profile by such rings is due to the fact that the rings have a significantly lower electrical resistance than the godet casing, which is usually made of steel, so that a significantly higher current flows in them with the same voltage.
This current results in a stronger development of heat, which compensates for the different heat dissipation over the length of the godet.
Measurements on godets of this type have shown that the temperature profile still shows noticeable deviations from the desired linearity, which is probably due to the fact that, in view of the tight space conditions, not an unlimited amount of highly conductive material is accumulated inside the godet at the required points can. It has also been shown that in the known arrangements the effect of the highly conductive layer is also limited by the fact that the heat transfer between the layer and the godet jacket is not equally good at all points on the circumference. Difficulties are encountered in inserting such rings, which are usually produced by turning, into the godet in such a way that they rest equally well on the godet jacket at all points on the circumference.
In this state of the art, the task is to propose an inductively heated godet, the temperature profile of which, viewed over the godet length, can be linearized in such a way that the temperature difference that occurs between the godet center and godet ends under unfavorable conditions is as small as possible.
To achieve this object, the inventive godet is characterized in that the inner surface of the jacket has at least one self-contained recess extending over the entire jacket circumference with an undercut extending over the entire jacket circumference in the region of at least one jacket end.
Embodiments of the godet according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. In a galette designed according to the invention, the recess can be empty or filled with a ring. In the drawing show:
1 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of the godet according to the invention and
2 shows a schematic representation of various temperature profiles.
According to FIG. 1, a godet 1 has a godet casing 2 which is overhung by means of a shaft 3 in a machine frame 4. The shaft 3 is fastened in a projection 5 which is located on an end plate 6 of the godet. The projection 5 and the shaft 3 are surrounded by a core 7 made of magnetizable material, for example laminated iron sheets. The core 7 has a U-shaped cross section which, in the example shown, is designed in such a way that the two legs 8 and 9 are of equal length. The core 7 is firmly connected to the machine frame with the aid of a holder 10, so that it does not take part in the rotation of the godet jacket 2 and the shaft 3.
The core 7 also carries a coil 11 consisting of several turns, the ends 12 and 13 of which are connected by means of a connection line 14 to an alternating current source (not shown).
Rings 15 and 16 are inserted into the godet jacket to make the temperature profile even, ie the temperature profile over the length of the godet.
In the area of at least one godet end 17 and / or 18, the rings have collar-like projections 19 which run around the entire circumference of the ring. These collar-like projections preferably have a triangular cross-section, as shown in Figure 1, and they are so far at the ends 17; 18 of the godet jacket 2 is moved forward so that the desired uniform temperature profile is created over the entire length of the godet. The rings together with their collar-like projections can be inserted into correspondingly designed recesses in the godet jacket 2, for example with the aid of the known powder spraying process. As already emphasized, in some cases it is also sufficient if there are only shape-corresponding recesses in the godet casing, in which case the inserted or injected or sintered rings can be dispensed with.
The shape of the core 7 shown in FIG. 1 has proven to be particularly favorable. This core has two legs 8 and 9 of equal length, the outer dimension 20 of which corresponds at least approximately to the length of the godet jacket 2. The arrangement is also made such that the collar-like projections 19 of the rings 15 and 16 also protrude into the region of the maximum external dimension of the core legs.
In this way, the magnetic flux of force is forced to penetrate the godet jacket to the ends of the effective length and to generate currents there by induction which serve to heat the godet jacket. The illustrated embodiment of the core also has the purpose that no mechanical forces are transmitted to the bearings 21 or the shaft 3, which would be the case if, for example, an elongated core were used instead of the illustrated core, as in the USA patent 3 412 228 is shown. Likewise, mechanical forces would be transmitted to the shaft 3 and thus to the bearings 21 if the legs were of different lengths, the longer leg then engaging in a projection or a recess of the godet jacket.
The effect of the described configuration of the godet roll or the rings used there can be read from FIG. In the figure, a diagram is shown, on the horizontal axis of which the length of the godet jacket is plotted in cm. The surface temperature of a heated godet is plotted in C on the vertical axis. Curve I shows the temperature profile that is usually achieved over the length when there are no recesses in the godet jacket (not according to the invention). It can be seen that in this case temperature differences of 20 and more ° C occur between the godet ends and the godet center.
If, on the other hand, appropriately designed recesses are made in the interior of the godet jacket, it is already possible to reduce these temperature differences by half, as is shown by curve II.
Finally, curve III shows the temperature profile of the godet shown in FIG. 1 with inserts made of copper or brass which were produced by the powder spraying process.
Further tests have shown that copper alloys, for example bronze or brass, can also be used instead of copper. Other non-magnetizable, but highly electrically conductive materials, such as aluminum or the like, can be used.
As can be seen from the above, the recesses accommodating the rings 15 and 16 could also be empty, with the generation of an additional amount of heat in the highly conductive material being dispensed with and the linearization of the temperature profile being achieved only by corresponding displacement of the magnetic flux.
However, as shown in the drawing, the or each recess is preferably filled with a ring embedded in the godet casing made of a material that is electrically conductive and non-magnetizable.
Such a ring can then expediently have a collar-like projection in the collar-like protruding part of the recess. With such a preferred embodiment, in comparison to the above-described known arrangement of rings in the interior of the godet jacket, two things can be achieved: On the one hand, the collar-like projections make it possible to optimally adapt the ring (s) made of highly conductive material to the godet shape and thus to to develop exactly that amount of additional heat at any point along the length of the godet that is needed there as a result of increased heat dissipation. On the other hand, by embedding the ring in the godet jacket, it is possible to optimally design the heat transfer, as this significantly increases the contact area between the ring and jacket.
In order to be able to take full advantage of this advantage, the collar-like projections of two rings can have a triangular cross-section and their tips can be moved forward so far to the ends of the godet jacket that a uniform temperature profile is created over the entire length of the godet. Advantageously, the rings can be produced by the powder spraying method known per se, or they can be produced by sintering and thereby firmly connected to the godet jacket. When using these known powder metallurgy methods, it is not necessary to first produce the rings outside the godet jacket and then insert them into the corresponding recesses, but the rings can be built directly into the recesses of the godet jacket and immediately connected to it in the most intimate manner.
These measures can ensure that the heat transfer from the ring to the godet jacket is optimal.
In attempts to produce such preferred godets it has been shown that the inserts described can be effective in two respects.
On the one hand, as a result of the better electrical conductivity, an additional amount of heat can be generated in them, which can be transferred to the godet jacket through thermal conduction. On the other hand, a further effect can arise in that the magnetic flux is displaced by the non-magnetizable inserts and, given a suitable shape, can flow into those parts of the godet jacket in which the additional amount of heat is required. In this way, these parts can also be flowed through by the river, so that an increased current and consequently additional heat can arise in them themselves through induction.
This double effect of the inlays can be particularly exploited if the core has a U-shaped cross-section in a manner known per se, the outer dimensions of the two equally long legs of the core being able to correspond at least approximately to the length of the godet jacket.