DE1565149B2 - Elektrisch beheizte Heiztrommel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch be- Schicht weggelassen werden kann, besteht darin, daß heizte Heiztrommel, deren Enden mit Stirnwänden die Windungen der Spule derart in Längsrichtung der versehen sind und in der konzentrisch zur Antriebs- Trommel verteilt sind, daß die Temperaturverteilung welle der Trommel eine die aus magnetisierbarem in der Trommelumfangswand gleichförmig ist. Dies Material bestehende Trommelumfangswand induktiv 5 kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Anzahl heizende Spule angeordnet ist. Eine solche Heiz- der Windungen zu den Trommelenden hin zunimmt trommel wird zum Beheizen von Fasern, Fäden, oder die Spule aus mehreren Teilspulen besteht, von Bändern od. dgl. verwendet, die um die sich drehende denen zwei an den beiden Enden der Trommel anTrommel herumlaufen. geordnet sind. In allen Fällen erhöht sich der an den

Bei der Herstellung oder Behandlung von bei- io Trommelenden in der Trommelumfangswand in-

spielsweise synthetischen Fasern ist es häufig er^ duzierte Strom, so daß dort eine größere Wärme als

forderlich, den Fasern Wärme zuzuführen, während in der Mitte erzeugt wird und die an den Enden

sie bewegt werden. Es ist bekannt, für diesen Zweck höheren Wärmeverluste kompensiert,

eine Walze oder Trommel zu Verwenden, die einen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind jn der elektrischen Widerstandsdraht, beispielsweise einen 15 Zeichnung dargestellt und werden im folgenden

Chrom-Nickel-Draht, umschließt. Bei dieser Trommel näher beschrieben. Es zeigt

tritt durch die indirekte Wärmeübertragung vom F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine

Draht auf die Trommelumfangswand ein verhältnis- Ausführungsform der Erfindung,

mäßig großer Wärmeverlust auf, weil die Wärme- Fig. 2 im Längsschnitt eine andere Ausführungsübertragung durch Strahlung erfolgt. 20 form der Erfindung,

Um diese Strahlungsverluste zu verringern, ist es F i g. 3 im Längsschnitt die Trommel einer dritten

bereits bekannt, die aus magnetisierbarem Material Ausführungsform, .

bestehende Trommelumfangswand durch eine kon- F i g. 4 im Längsschnitt die Trommel einer vierten

zentrisch zur Antriebswelle in der Trommel ange- Ausführungsform,

ordnete Spule induktiv zu heizen. 25 F i g. 5 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungs-

Es ist auch bekannt, die Trommelumfangswand beispiel der Erfindung und

einer derartigen, induktiv beheizten Trommel auf der F i g. 6 im Längsschnitt noch ein Ausführungs-Innenseite mit einer elektrisch leitenden, nicht beispiel der Erfindung.

magnetischen Schicht zu versehen, durch die sowohl In Fig. 1 ist ein Schaft 10 vorgesehen, der durch der Wärmewirkungsgrad als auch der Leistungs- 30 nicht veranschaulichte Antriebsmittel, beispielsweise faktor bei der Umsetzung von elektrischer Energie einen Elektromotor;'in--einer Drehrichtung angein Wärme erhöht wird. ■ trieben wird. Ein fester Lagerbock 12 trägt eine

Bei allen bekannten Trommeln ist die Temperatur Lagervorrichtung 14, die aus einem hohlen zylinder Trommelumfangswand nicht gleichförmig, "weil drischen, am Bock befestigten Lagerkörper 16 besieh die Trommel an den Enden schneller abkühlt 35 steht. In dem zylindrischen Körper 16 sind zwei im als in der Mitte. Dies führt dazu, daß das zu be- Abstand angeordnete Kugellager vorgesehen, in heizende Material in unerwünschter Weise ungleich- denen die Achse 10 aufgenommen ist. Eine hohle mäßig erwärmt wird. Walze oder Trommel 20 aus magnetischem Material,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, beispielsweise Gußeisen, ist an einem Ende offen und

für eine gleichförmige Temperaturverteilung auf der 40 an dem anderen Ende durch eine Stirnwand 22 aus

Trommelumfangswand zu sorgen. magnetischem Material geschlossen. Das äußere

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs Ende der Achse 10 ist Starr an der Mitte der Stirnbeschriebenen, elektrisch beheizten Heiztrommel, er- wand 22 befestigt, so daß die Trommel von der findungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heiztrommel Achse mitgenommen wird.

in an sich bekannter Weise innen mit einer elektrisch 45 Wie später noch beschrieben wird, bildet ein Teil

leitenden Schicht versehen ist und deren Widerstand des Lagerbocks 12 einen Abschnitt des magnetischen

derart bemessen ist, daß die Temperaturverteilung in Pfades, den der magnetische Wechselfluß durchläuft,

der Trommelumfangswand gleichförmig ist. Daher muß der Lagerbock 12 an seinem das offene

Hierbei kann die elektrisch leitende Schicht an Ende der Trommel 20 abschließenden Teil aus ma-

den beiden Trommelenden dicker sein als in der 50 gnetischem Material bestehen. Statt dessen kann

Trommelmitte. Dadurch kann an den Trommel- auch eine Stirnwand 23 aus magnetischem Material

enden in der leitenden Schicht wegen des dort nahe dem offenen Ende der Trommel 20 angeordnet

größeren Querschnitts und mithin geringeren Wider=- sein (Fig. 1)

stands bei gleichförmiger Leitfähigkeit der leitenden Innerhalb der Trommel 20 und konzentrisch

Schicht ein größerer Induktionsstrom fließen, so daß 55 hierzu ist ein Stützrohr 24 angeordnet, durch welches

die Trommel an den Enden stärker aufgeheizt wird die drehbare Achse 10. lose hindurchgreift. Das Rohr

als in der Mitte. 24 ist mit einem Ende ■ fest an dem Lagerbock 12

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können oder der Stirnwand 23 befestigt und an seinem

auch die Stirnwände an ihrer Innenseite mit einer anderen Ende mit einer Endplatte 26 versehen. Ein

elektrisch leitenden Schicht versehen sein. Dadurch 60 Eisenkern 28 umgibt das Stützrohr 24 und erstreckt

werden die Trommelenden ebenfalls über die Stirn- sich zwischen der Stirnwand 23 und der Endplatte

wände stärker aufgeheizt. 26. Vorzugsweise besteht der Kern 28 aus einem

Der gleiche Effekt läßt sich dadurch erreichen, Silizium-Stahl-Band, das in vielen Schichten um das

daß die Trommelumfangswand mit mehreren ring- Rohr 24 gewickelt ist, so daß der Kern im Quer-

förmigen Schichten versehen ist, von denen die 65 schnitt kreisrund ist. Da der Kern 28 mit dem ma-

trommelendseitigen Schichten dicker als die da- gnetischen Fluß verkettet ist, wie noch später be-

zwischenliegenden sind. schrieben werden wird, würde ein elektrischer Strom

Eine andere Lösung, bei der die elektrisch leitende im Kern in Umfangsrichtung fließen, so daß im Kern

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Joulesche Wärme erzeugt werden würde. Um diese Wechselstromquelle 38 wird, da ein größerer Kur&- Wärme zu vermindern, kann eine nicht veranschau- schlußstrom infolge der inneren Schicht 40 fließt, die lichte Radialnut oder ein Schlitz vorzugsweise über in der Trommelwand erzeugte Leistung vergrößert die gesamte Länge des Kerns vorgesehen und mit mit einer gleichzeitigen Vergrößerung des Leistungseinem elektrischen Isoliermaterial ausgefüllt werden, 5 faktors. Dies ist ein anderer Vorteil, der aus dem um den geschlossenen Stromkreis zu unterbrechen, Anbringen der zusätzlichen Schicht 40 fließt,
der sonst mit dem Wechselfluß verkettet wäre. Wie bereits erwähnt wurde, wird die erfindungs-

Eine Spule 30 ist auf den Kern 28 gewickelt und gemäße Trommel durch den Kurzschlußstrom und an eine Wechselstromquelle 38 mit Hilfe von Zu- durch die Wirbelströme infolge elektromagnetischer leitungen 32 und 34 angeschlossen, die durch ein io Induktion beheizt, und der Kurzschlußstrom wird Loch 36 in der Stirnwand 23 und in der Wand des induziert, weil die Umfangswand der Trommel mit Lagerbocks 12 geführt sind. dem Wechselfluß verkettet ist. Der Fluß tritt jedoch

Bei Erregung der Spule 30 durch einen Wechsel- auch durch die Stirnwände 22 und 23, so daß eine strom von der Quelle 38 wird in dem Kern 28 ein kleinere Zahl an magnetischen Flußlinien durch die magnetischer Wechselfluß erzeugt, der von dem einen 15 beiden Endabschnitte der Trommelwand 20 tritt als Ende, z. B. dem linken Ende des Kerns 28, ausgeht, durch deren andere Abschnitte. Das bedeutet, daß radial nach außen durch die Stirnplatte 22 der ein kleinerer Kurzschlußstrom in den Endbereichen Trommel verläuft, dann axial durch die Umfangs- der Trommelwand induziert wird. Demzufolge hat wand der Trommel fließt, radial nach innen durch die Temperatur der Trommelwand die Neigung, im die gegenüberliegende Stirnwand 23 zurückkehrt und 20 mittleren Bereich höher zu sein als an den beiden schließlich das andere Ende des Kerns 28 erreicht. Endabschnitten. Dies ist jedoch für die Heizwirkung In diesem Magnetpfad ändert sich der Fluß fort- der Trommel unerwünscht. Zur Lösung dieses während. - Problems und zur Erzielung einer im wesentlichen

Da der Fluß durch die Umfangswand der Trommel gleichmäßigen Temperaturverteilung in der Trommelaxial verläuft, sind der Fluß und die Trommelwand 35 wand kann man die -Anordnungen nach den F i g. 2 20 miteinander verkettet, so daß in der Trommel- bis 5 verwenden,

wand in einer Ebene senkrecht zur Trommelachse In Fig. 2 sind die beiden Stirnwände22 und 23

ein Strom induziert wird. Mit anderen Worten, es an ihren inneren Flächen mit elektrisch leitenden fließt in der Trommelwand ein Strom in Umfangs- Ringschichten 42 und 44 versehen, die in gleicher richtung. Dies ergibt sich aus dem bekannten Trans- 30 Weise angebracht sind wie die Schicht 40. Dann ist formatorprinzip. Wenn man annimmt, daß die Spule der Wechselfluß, der durch die Stirnwände 22 und 30 die Primärwicklung eines Transformators ist, 23 fließt, auch mit den leitenden Schichten 42 und 44 bildet die Umfangswand der Trommel 20 die Sekun- verkettet und erzeugt in ihnen einen weiteren Kurzdärwicklung, die aus einer einzelnen geschlossenen, schlußstrom. Infolgedessen werden die Schichten 42 konzentrisch zur Primärwicklung angeordneten 33 und 44 beheizt, und die Hitze wird zu den beiden Windung besteht. Daher läßt die elektromagnetische Endabschnitten der Umfangswand der Trommel Induktion einen elektrischen Strom in Umfangs- übertragen, so daß die Temperatur dieser Abschnitte richtung durch die Trommelwand fließen. Dieser höher ist, als es ohne die Schichten 42 und 44 der Strom kann als Kurzschlußstrom bezeichnet werden, Fall wäre, wodurch man eine gleichmäßige Temperada er in dem durch die Umfangswand gebildeten ge- 40 turverteilung über die gesamte Fläche der Trommelschlossenen Stromkreis fließt. wand erzielen kann.

Da der Wechselfluß durch die Trommelwand axial Um an den Endabschnitten der Trommelwand

hindurchfließt, verursacht andererseits die elektro- einen größeren Kurzschlußstrom erzeugen zu können magnetische Induktion auch Wirbelströme in der als in dem Mittelabschnitt, kann die Schicht 40 an Trommelwand. Durch den Kurzschlußstrom und 45 ihren beiden Enden dicker gemacht werden, wie es durch die Wirbelströme wird Joulesche Wärme er- F i g. 3 zeigt. Aus dem gleichen Grunde kann die zeugt, um die Trommel 20 zu beheizen. Wenn die Schicht auch durch mehrere elektrisch leitende Ringe Achse 10 gedreht wird, dreht sich auch die Trommel 46, 48, 50 und 52 an der inneren Fläche der 20, während sie beheizt wird. Es kann dann eine Trommelwand ersetzt werden, die mit gleichem Abnicht veranschaulichte Faser oder ein Faden um die 50 stand voneinander längs der Achse versetzt sind, wobeheizte Trommelwand 20 mit wenigen Windungen bei die Ringe 46, 52 an den beiden Enden der herumgelegt werden und wird in der gewünschten Trommel dicker sind als die anderen, näher an der Weise beheizt. Mitte liegenden Ringe. Es ist leicht zu verstehen, daß

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist die ein größerer Kurzschlußstrom in der Nähe der Umfangswand der Trommel 20 an der inneren 55 Trommelenden erzeugt wird als in der Trommel-Fläche mit einer Schicht oder Hülse 40 aus einem mitte, da durch die größere Dicke der Endabschnitte elektrisch sehr gut leitenden Material versehen. Das der Schicht 40 in F i g. 3 oder der Ringe 46 und 52 Verkupfern der Trommelinnenfläche ist ein einfacher in F i g. 4 ein kleinerer Widerstand gegeben ist. Auf Weg, um diese innere Schicht zu erzeugen. Die diese Weise wird die Temperatur der beiden End-Schicht 40 bildet dann einen anderen geschlossenen 60 abschnitte der Trommelwand so angehoben, daß sie Stromkreis parallel zu dem geschlossenen Stromkreis etwa der Temperatur des Mittelabschnitts entspricht in der Trommelwand. Die kombinierte Impedanz und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der parallelliegenden geschlossenen Stromkreise ist die gesamte Trommelwand erzielt wird,
kleiner als die Impedanz des allein durch die In F i g. 5 ist eine gleichmäßige Temperatur der

Trommelwand gebildeten Stromkreises, so daß sich 65 Trommelwand dadurch erzielt, daß der Streufluß so eine entsprechende Vergrößerung des Kurzschluß- gleichmäßig wie möglich verteilt wird. Bei der Anstromes und demzufolge der erzeugten Jouleschen Ordnung nach F i g. 1 geht nicht der gesamte er-Wärme ergibt. Mit der gleichen Leistung der zeugte Fluß durch die gesamte Länge des Eisenkerns

28; vielmehr treten einige Flußlinien lediglich durch einen Teil des Eisenkerns und streuen von dort über lediglich einen Teil der Trommelwand. Es ist klar, daß in dem Mittelabschnitt der Spule 30 ein größerer Streufluß vorhanden ist als in den anderen Teilen. Demzufolge ist auch aus diesem Grund die Temperatur der Trommelwand in der Mitte größer als an den Enden. Um dies zu verhindern, ist in F i g. 5 die einzelne Spule30 der Fig. 1 in mehrere, beispielsweise zwei Spulen 54 und 56 unterteilt, die an den beiden Enden des Eisenkerns 28 angeordnet sind, wodurch sich eine etwa gleichmäßige Verteilung des Streuflusses ergibt. Somit kann die Temperatur der Trommelwand insgesamt etwa gleichmäßig gehalten werden.

In den F i g. 1 bis 5 dreht sich die Trommel, während der Eisenkern 28 mit der oder den Spulen feststehend ist. Gegebenenfalls können aber auch letztere mit rotieren. F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Stützrohr 24, der Eisenkern 28 und die Spule 30 starr mit der drehbaren Achse 10 verbunden sind und auch die Stirnwand 23 starr mit der Achse 10 und der Trommelwand 20 in Verbindung steht. Zwei Schleifringe 50' und 52', die auf der Achse 10 festsitzen, sind mit der Spule 30 durch Zuleitungen 54 und 56 verbunden. Zwei Bürsten 58 und 60 führen den Strom über Zuleitungen 62 und 64 von der Wechselstromquelle zu, so daß, wenn die Achse 10 mit den darauf montierten Teilen gedreht wird, die Spule 30 ohne Schwierigkeiten erregt werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrisch beheizte Heiztrommel, deren Enden mit Stirnwänden versehen sind und in der konzentrisch zur Antriebswelle der Trommel eine die aus magnetisierbarem Material bestehende Trommelumfangswand induktiv heizende Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiztrommel (20) in an sich bekannter Weise innen mit einer elektrisch leitenden Schicht (40) versehen ist und deren Widerstand derart bemessen ist, daß die Temperaturverteilung in der Trommelumfangswand gleichförmig ist.

2. Heiztrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (40) an den beiden Trommelenden dicker ist als in der Trommelmitte.

3. Heiztrommel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Stirnwände (22, 23) an ihrer Innenseite mit einer elektrisch leitenden Schicht (42) versehen sind.

4. Heiztrommel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommelumfangswand mit mehreren ringförmigen Schichten (46, 48, 50, 52) versehen ist, von denen die trommelendseitigen Schichten dicker als die dazwischenliegenden sind.

5. Elektrisch beheizte Heiztrommel, deren Enden mit Stirnwänden versehen sind und in der konzentrisch zur Antriebswelle der Trommel eine die aus magnetisierbarem Material bestehende Trommelumfangswand induktiv heizende Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spule (30; 54, 56) derart in Längsrichtung der Trommel (20) verteilt sind, daß die Temperaturverteilung in der Trommelumfangswand gleichförmig ist.

6. Heiztrommel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen zu den Trommelenden hin zunimmt.

7. Heiztrommel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus mehreren Teilspulen (54, 56) besteht, von denen zwei an den beiden Enden der Trommel angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen