STEINBACHER WERNER (DE)
STOCKINGER CHRISTIAN (AT)
| DE202014103596U1 | 2014-08-19 | |||
| CN207003053U | 2018-02-13 | |||
| EP2570549A1 | 2013-03-20 | |||
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| DE3033689A1 | 1982-04-22 |
| Patentansprüche: 1. Eine Heizwalze (1) zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze (1) umlaufenden Materialbahn (20), wo bei die Heizwalze (1) ein kreiszylindrisches Mantelrohr (2) aus wärmeleitendem Material, vorzugsweise Metall, und mindestens eine elektrische Heizmatte (3), die auf einer Innenseite (21) des Mantelrohres (2) in Kontakt zum Mantelrohr (2) an geordnet ist, umfasst, wobei auf einer nicht dem Mantelrohr (2) zugewandten In nenseite (31) der Heizmatte (3) eine Wärmeisolationsschicht (4) angeordnet ist und im Inneren des Mantelrohres (2) eine Spreizvorrichtung (5) auf einer Innenseite (41) der Wärmeisolationsschicht (4) angeordnet ist, die eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht (4) auf die Heizmatte (3) ausübt, sodass eine dem Man telrohr (2) zugewandte Außenseite (32) der mindestens einen Heizmatte (3) dauer haft gegen die Innenseite (21) des Mantelrohres (2) gedrückt wird. 2. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (4) die Innenseite (31) der Heizmatte (3) vollständig überdeckt. 3. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (4) dauerhaft mit der Heizmatte (3) verbunden ist. 4. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (4) mit ihrer der Heizmatte (3) zugewandten Außen seite (42) auf die Heizmatte (3) vulkanisiert ist. 5. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (4) eine Schaumschicht, vorzugsweise eine Silikon schaumschicht, ist. 6. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolationsschicht (4) und die Heizmatte (3) jeweils eine Dicke (3d, 4d) in radialer Richtung des Mantelrohres (2) besitzen, wobei die Dicke (4d) der Wär meisolationsschicht (4) mindestens die Dicke (3d) der Heizmatte (3) beträgt, vor zugsweise bis zu einem Faktor 1,5 dicker als die Heizmatte (3) ist, besonders be vorzugt um mehr als einen Faktor 1,5 dicker als die Dicke (3d) der Heizmatte (3) ist. 7. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmatte (3) entlang ihrer Dicke (3d) eine Mitte (3m) besitzt, wobei zumindest ein Teil der Heizdrähte (35) in der Heizmatte (3) jenseits der Mitte (3m) in Richtung des Mantelrohres (2) angeordnet sind. 8. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (5) zylinderförmig geformt ist, vorzugsweise als rundgebo genes Blech, und mit ihrer Außenseite (5a) vollflächig auf der Wärmeisolations schicht (4) aufliegt. 9. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Außenseite (5a) der Spreizvorrichtung (5) ein oder mehrere Vertiefungen (53) zumindest teilweise umlaufend um die Außenseite (5a) in Ausrichtung senk recht zur Mittelachse (MA) des Mantelrohres (2) angeordnet sind, vorzugsweise sind die Vertiefungen (53) umlaufende Schlitze oder Sicken in der Außenseite (5a) der Spreizvorrichtung (5). 10. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (5) eine erste Spreizeinrichtung (51) mit Spreizwirkung ge gen die Wärmeisolationsschicht (4) in radialer Spreizrichtung (RS) und eine zweite Spreizeinrichtung (52) mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht (4) in tangentialer Spreizrichtung (TS) umfasst. 11. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spreizeinrichtung (51) ein radiales Spreizmittel (51a) umfasst, das nur ent lang einer einzigen radialen Spreizrichtung (RS) zwischen den gegenüberliegenden Innenseiten (41) der Wärmeisolationsschicht (4) durch eine Mittelachse (MA) des kreiszylindrischen Mantelrohres (2) hindurch angeordnet ist. 12. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Spreizmittel (51a) eine oder mehrere Stützelemente umfasst, die jeweils parallel zur einzigen radialen Spreizrichtung (RS) entlang einer Heizwalzenlänge (11) angeordnet sind. 13. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (51a) in Form von Rohren mit gleichen Abständen zueinander von einer Stirnseite (12a) des Mantelrohres (2) zur anderen Stirnseite (12b) des Mantelrohres (2) angeordnet sind. 14. Die Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spreizmittel (51a) in radialer Richtung längenverstellbar ausgeführt ist. 15. Die Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spreizeinrichtung (52) ein tangentiales Spreizmittel (52b) umfasst, über das die Spreizvorrichtung (5) auf der Innenseite (41) der Wärmeisolationsschicht (4) aufliegt, um diese in tangentialer Spreizrichtung (TS) zu spreizen. 16. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das tangentiale Spreizmittel (52b) zwei gegenüberliegende Stützelemente (52c) umfasst, vorzugsweise Winkelprofile, die mit ein oder mehreren gegenseitigen dis tanzvariablen Verbindungen (52d) miteinander verbunden sind, mit deren Verstel lung die gegenüberliegenden Stützelemente (52c) in tangentialer Spreizrichtung (TS) aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden können. 17. Die Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung (5) so gestaltet ist, dass die radialen und tangentialen Spreiz wirkungen unabhängig voneinander einstellbar sind. 18. Die Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlüsse (33) der mindestens einen elektrischen Heizmatte (3) zwi schen dem tangentialen Spreizmittel (52b) zur elektrischen Versorgung der Heiz matte (3) aus der Wärmeisolationsschicht (4) heraus- oder durch sie hindurch in einen Innenbereich des Mantelrohres (2) geführt werden. 19. Die Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 18, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlüsse (33) der Heizmatte (3) durch die Spreizvorrichtung (5) in Richtung eines Stromversorgers (34) der Heizmatte (3) weitergeführt werden. 20. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Mantelrohes (2) zwei Heizmatten (3) jeweils in Form von Halbzylin dern (3 a, 3b) auf der Innenseite (21) des Mantelrohres (2) angeordnet sind. 21. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (2) zumindest eine Tiefenbohrung (23) parallel zur Außenseite (22) des Mantelrohres (2) umfasst, in der ein oder mehrere Temperatursensoren (6) zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur an der Außenseite (22) des Mantelrohres (2) angeordnet sind. 22. Die Heizwalze (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Tiefenbohrung (23) nur ein einziger Temperatursensor (6) in der Mitte zwi schen den beiden Stirnseiten (12a, 12b) des Mantelrohres (2) angeordnet ist. 23. Die Heizwalze (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der Außenseite (22) des Mantelrohres (2) über die Ober fläche um weniger als 5 °C variiert. 24. Ein V orwärmschrank (10) zum T emperieren einer durch den V orwärmschrank (10) geleiteten Materialbahn (20) umfassend mindestens eine Heizwalze (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche. 25 Der Vorwärmschrank (10) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (20) im Vorwärm schrank (10) mit der mindestens einen Heiz walze (1) auf eine Temperatur von 60 - 140 °C aufgewärmt wird. 26 Der Vorwärmschrank (10) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorwärm schrank (10) mindestens zwei der Heizwalzen (1) angeordnet sind, wo bei vor den Heizwalzen (1) zumindest eine erste Transportwalze (30a) zum Zufüh ren der Materialbahn (20) zu den Heizwalzen (1) und nach den Heizwalzen (1) zu mindest eine zweite Transportwalze (30b) zur Ausleitung der Materialbahn (20) aus dem Vorwärmschrank (10) heraus angeordnet sind, vorzugsweise sind die Heizwal zen (1) und Transportwalzen (30a, 30b) im Vorwärmschrank (10) so angeordnet, dass die Materialbahn (20) S-förmig um die Heiz- und Transportwalzen (1, 30a, 30b) herumgeführt werden kann. 27. Eine Anlage (100) umfassend eine Maschine (110) zur Materialbearbeitung und einen Vorwärmschrank (10) nach einem der Ansprüche 24 bis 26 zum Temperieren einer Materialbahn (20) für eine nachfolgende Bearbeitung der Materialbahn (20) in der Maschine (110). 28. Die Anlage (100) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (20) einen Verbundwerkstoff umfasst, vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff besteht, besonders bevorzugt eine Kunststofffolie ist. 29. Die Anlage (100) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (110) eine Thermo formmaschine ist. 30. Ein Verfahren (200) zum Herstellen einer Heizwalze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Tempe rierung einer um die Heizwalze (1) umlaufenden Materialbahn (20) umfassend die Schritte: Anordnen (210) mindestens einer Heizmatte (3) auf einer Innenseite (21) ei nes kreiszylindrischen Mantelrohres (2) der Heizwalze (1) in Kontakt zum Mantelrohr (2); Anordnen (220) einer Wärmeisolationsschicht (4) auf einer nicht dem Man telrohr (2) zugewandten Innenseite (31) der Heizmatte (3); Anordnen (230) einer Spreizvorrichtung (5) im Inneren des Mantelrohres (2) auf einer Innenseite (41) der Wärmeisolationsschicht (4); und Ausüben (240) einer Vorspannung über die Wärmeisolationsschicht (4) auf die Heizmatte (3) mittels der Spreizvorrichtung (5), sodass die dem Mantel rohr (2) zugewandte Außenseite (32) der mindestens einen Heizmatte (3) dau erhaft gegen die Innenseite (21) des Mantelrohres (2) gedrückt wird. 31. Das Verfahren (200) nach Anspruch 30, wobei die Schritte des Anordnens (210, 220) der Heizmatte (3) und der Wärmeisolationsschicht (4) gemeinsam durchge führt werden, da die Wärmeisolationsschicht (4) dauerhaft mit der Heizmatte (3), vorzugsweise mittels Vulkanisation, verbunden ist. 32. Das Verfahren (200) nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Schritt des Ausübens (240) einer Vorspannung die Schritte des Ausübens (242) einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht (4) in radialer Spreizrichtung (RS) mittels einer ersten Spreizeinrichtung (51) der Spreizvorrichtung (5); und des Ausübens (244) einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht (4) in tangentialer Spreizrichtung (TS) mittels einer zweiten Spreizeinrichtung (52) der Spreizvorrichtung (5), umfasst. |
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächen temperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn mit mindestens einer Heizmatte, einer Spreizeinrichtung und einer Wärmeisolationsschicht, einen Vorwärmschrank mit einer solchen Heizwalze, eine Anlage mit einem solchen Vor wärmschrank sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizwalze.
Hintergrund der Erfindung
Beheizte Walzen werden in den unterschiedlichsten Prozessen zur Vor- und Nachbehand lung von Materialien verwendet, die beispielsweise als Materialbahn um diese Walzen umlaufen und entsprechend mit der Walzentemperatur prozessiert, erwärmt oder gegebe nenfalls auf die Walzentemperatur abgekühlt werden.
Für einen Thermoformprozess im Rahmen der Kunststoffverarbeitung müssen beispiels weise die zu verarbeitenden Kunststofffolien vor dem eigentlichen Thermoformvorgang gleichmäßig auf eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 110° bis 130°C) vorgewärmt werden. Diese Vorwärmung geschieht üblicherweise in sogenannten Vorwärmschränken, wie beispielsweise in DE 101 51 799 B4 offenbart. Hier werden zur Vorwärmung konti nuierlich arbeitende Walzenvorheizungen eingesetzt, die je nach Foliendicke und Vor schubgeschwindigkeit aus zwei oder vier beheizten Walzen bestehen. Die Folie wird zur Aufheizung mit einem großen Umschlingungswinkel um die einzelnen Walzen S-förmig herumgeführt und nimmt von diesen während des Foliendurchzugs die erforderliche Wärme auf.
Hierbei wäre es wünschenswert, wenn die Wärmeübertragung von den Heizwalzen auf die Kunststofffolie möglichst gleichmäßig erfolgt. DE 102015 005 066 Al schlägt dafür vor, die Spannung, die in der Kunststofffolie herrscht, wenn die Kunststofffolie in der Vorheizung um die mindestens eine Heizwalze bewegt wird, konstant zu halten. Dies kann erreicht werden, wenn die Bewegung der Kunststofffolie nicht allein durch eine Transportwalze nach der mindestens einen Heizwalze erfolgt, sondern eine weitere Transportwalze vor der mindestens einen Heizwalze angeordnet ist. Diese beiden Trans portwalzen sorgen zusammen für die Bewegung der Kunststofffolie mit konstanter Ge schwindigkeit. Die Antriebe der Transportwalzen sind mit Möglichkeiten zur Regelung ausgerüstet und sorgen dafür, dass die Spannung in der Kunststofffolie konstant bleibt.
Die DE 30 33 689 offenbart eine elektrisch beheizbare Walze, wobei ein Innenrohr und ein koaxial mit Abstand zum Innenrohr angeordnetes Außenrohr einen Ringraum begren zen, in dem über den Umfang verteilt mehrere stumpf aneinanderstoßende Heizmatten eingelegt sind. Das Außenrohr bildet dabei den Walzenmantel.
Zum Beheizen der Heizwalzen können beispielsweise Thermoöle, elektrische Heizpatro nen oder Heizmatten in den Heizwalzen verwendet werden. Eine gleichmäßige Erwär mung der Heizwalze entlang ihrer Breite und entlang ihres Umfangs ist für eine homo gene Temperierung der Materialbahn, beispielsweise eine möglichst homogene Erwär mung einer Kunststofffolie für einen nachfolgenden Thermoformprozess, wichtig, gerade für Thermoformprozesse und der daraus entstehenden Produkte. Die Verwendung von Heizmatten führt bereits im Vergleich zu einer Heizung der Heizwalzen mittels Heizpat ronen zu einer verbesserten Homogenität der Temperatur auf der Oberfläche der Heiz walzen. Allerdings kann sich der Wärmekontakt zwischen Heizmatte und dem zu tempe rierenden Walzenmaterial aufgrund von thermischer Ausdehnung im laufenden Betrieb verschlechtern, sodass die Heizwalzen bei sich möglicherweise einstellender ungenügen der Abgabe ihrer Heizenergie an die Heizwalzenoberfläche selbst beschädigt werden, so dass die Lebensdauer der Heizmatten in den Heizwalzen begrenzt ist. Es wäre daher wünschenswert, Heizwalzen für Vorwärmschränke, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung zu stellen, die möglichst homogen be heizt werden können und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Heizwalze für Vorwärmschränke, insbe sondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung zu stellen, die möglichst homogen beheizt werden kann und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materi albahn, wobei die Heizwalze ein kreiszylindrisches Mantelrohr aus wärmeleitendem Ma terial, vorzugsweise Metall, und mindestens eine elektrische Heizmatte, die auf einer In nenseite des Mantelrohres in Kontakt zum Mantelrohr angeordnet ist, umfasst, wobei auf einer nicht dem Mantelrohr zugewandten Innenseite der Heizmatte eine Wärmeisolati onsschicht angeordnet ist und im Inneren des Mantelrohres eine Spreizvorrichtung auf einer Innenseite der Wärmeisolationsschicht angeordnet ist, die eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte ausübt, sodass eine dem Mantelrohr zugewandte Außenseite der mindestens einen Heizmatte dauerhaft gegen die Innenseite des Mantelrohres gedrückt wird.
Der Begriff „Materialbahn“ bezeichnet ein flächenmäßiges, beispielsweise von einer Rolle bereitgestelltes Material zum Umlaufen der Heizwalze. Das Material kann dabei jedes für einen Umlauf um eine Rolle in einem Verarbeitungsprozess geeignete Material sein. Beispielsweise ist das Material eine Kunststofffolie, die als Kunststoffbahn von ei ner mit der Kunststoffbahn bewickelten Rolle bereitgestellt wird und um die Heizwalze umläuft. Die Kunststofffolie kann je nach Prozess aus unterschiedlichen Kunststoffmate rialen bestehen. Eine Heizwalze stellt eine gewünschte Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn bereit. Hierbei kann je nach Temperatur der umlaufenden Materialbahn diese von der Heizwalze erwärmt oder gekühlt werden. Der Begriff „Heizwalze“ bezieht sich hierbei darauf, dass die Oberflächentemperatur der Heizwalze im Betrieb oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Bei noch wärmeren Ma terialbahnen können diese von der Heizwalze gekühlt werden, bei Materialbahnen kühler als die Heizwalze werden diese von der Heizwalze erwärmt. Die Temperierung der Ma terialbahn erfolgt dabei mittels Wärmeübertrag durch Kontakt der Materialbahn mit der Oberfläche der Heizwalze beim Umlauf um die Heizwalze. Eine große Kontaktfläche der Materialbahn mit der Heizwalze ermöglicht einen effektiveren Wärmeübertrag, sodass vorzugsweise die Materialbahn auf mindestens der halben Mantelfläche der Heizwalze aufliegt.
Das Mantelrohr der Heizwalze ist dafür aus einem möglichst gut wärmeleitenden Mate rial, beispielsweise Metall, bevorzugt Stahl, gefertigt. Da bei breiteren Materialbahnen größeren Kräfte auf die Heizwalze ausgeübt werden, ist die Material stärke des Mantel rohres entsprechend angepasst.
Elektrische Heizmatten haben gegenüber anderen Heizmitteln den Vorteil, dass sie die erzeugte Wärme flächenförmig auf die Heizwalze übertragen können. Allerdings hängt die Güte des Wärmeübertags von der Güte des mechanischen Kontakts der Heizmatte(n) mit der Innenseite des Mantelrohrs ab. Bei lediglich an dem Mantelrohr befestigten Heiz matten ohne weitere innerhalb des Mantelrohres angebrachten Vorrichtungen variiert die Güte des Wärmekontakts lokal stark, sodass einerseits die Oberflächentemperatur der Heizwalze sowohl entlang des Umfangs als auch über deren Breite variiert und anderer seits die in der Heizmatte überall erzeugte Wärmeenergie nicht gleichmäßig an die Heiz walze abfließen kann, sodass es zu starken lokalen Überhitzungen der Heizmatte(n) kom men kann, was zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Heizmatte(n) führen kann. Daher ist ein genau definierter und über die Betriebsdauer möglichst stabil zu haltender Wärmekontakt zwischen Heizmatte(n) und Mantelrohr der Heizwalze notwendig. Hierbei ergab sich überraschend, dass nicht alleine eine Verspannung der gewöhnlichen Heiz- matte(n) für einen gleichmäßigen und langdauernd ausreichend guten Wärmeübertrag ausreicht, sondern eine Wärmeisolationsschicht auf der Innenseite der Heizmatte ange ordnet sein sollte, um einerseits die Heizleistung der Heizmatte im Wesentlichen in Rich tung des Mantelrohres abzugeben und zusätzlich durch den Betrieb verursachte zeitlich und räumlich lokal variierende Kühleffekte auf der Innenseite der Heizwalze nicht an die Heizmatte(n) weiterzugeben, was die Homogenität der Oberflächentemperatur der Heiz walze weiter verbessert. Außerdem wird über die Wärmeisolationsschicht die Vorspan nung, erzeugt durch die Spreizvorrichtung, vergleichmäßigt auf die Heizmatte(n) über tragen, was einen hinreichend gleichmäßigen Wärmekontakt der Heizmatte(n) über die Innenseite des Mantelrohres der Heizwalze ermöglicht. Auf diese Weise wird die Heiz walze von innen homogen beheizt und eine lange Lebensdauer der Heizmatte(n) durch Vermeidung lokaler Überhitzungen aufgrund ungenügendem Wärmekontakt zum Man telrohr ermöglicht.
Somit wird eine Heizwalze für Vorwärmschränke, insbesondere für kunststoffverarbei tende Maschinen, zur Verfügung gestellt, die möglichst homogen beheizt werden kann und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzt.
Es sei ausdrücklich daraufhingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentan meldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „min destens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „ge nau ein.. „genau zwei.. usw. gemeint sein können.
In einer Ausführungsform überdeckt die Wärmeisolationsschicht die Innenseite der Heiz matte vollständig. Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die Wärme der Heiz matte nicht oder nur geringfügig über die dem Mantelrohr abgewandten Seite der Heiz- walze abfließen kann, sodass die durch die Heizmatte erzeugte Wärme möglichst homo gen dem Mantelrohr zugeführt werden kann. Wären dagegen bestimmte Bereiche der Heizmatte nicht von der Wärmeisolationsschicht überdeckt, könnte der Wärmeabfluss dort zu ungewollt großen Temperatur-Inhomogenitäten auf der Außenfläche der Heiz walze führen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht dauerhaft mit der Heizmatte verbunden. Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die Isolationswir kung der Wärmeisolationsschicht auf der Heizmatte möglichst homogen für die gesamte Heizmatte ist. Außerdem wird dadurch zusätzlich die Montage der Heizwalze erleichtert, da so ein gemeinsames Teil anstelle von zwei unabhängigen Teile eingebaut werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht mit ihrer der Heiz matte zugewandten Außenseite auf die Heizmatte vulkanisiert. Auf diese Weise wird die Wärmeisolationsschicht besonders zuverlässig dauerhaft mit der Heizmatte verbunden, was zu einer langlebigen homogenen Isolationswirkung der Wärmeisolationsschicht auf der Heizmatte führt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeisolationsschicht eine Schaumschicht, vorzugsweise eine Silikonschaumschicht. Solche Schichten lassen sich leicht und mit fle xibler Form hersteilen und stellen eine gute Isolationswirkung bereit.
In einer Ausführungsform besitzen die Wärmeisolationsschicht und die Heizmatte jeweils eine Dicke in radialer Richtung des Mantelrohres, wobei die Dicke der Wärmeisolations schicht mindestens die Dicke der Heizmatte beträgt, vorzugsweise bis zu einem Faktor 1,5 dicker als die Heizmatte ist, besonders bevorzugt um mehr als einen Faktor 1,5 dicker als die Dicke der Heizmatte ist. Beispielsweise kann die Heizmatte 3 mm und die Wär meisolationsschicht, beispielsweise eine Silikonschaumschicht, 5 mm dick sein. Die Wär meisolationsschicht kann hier aber auch 3 mm oder 8 mm betragen. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Heizmatte entlang ihrer Dicke eine Mitte, wobei zumindest ein Teil der Heizdrähte in der Heizmatte jenseits der Mitte in Richtung des Mantelrohres angeordnet sind. Damit kann unter anderem der Wärmeübertrag von der Heizmatte auf das Mantelrohr verbessert werden. Vorzugsweise sind alle Heizdrähte jenseits der Mitte in der Heizmatte verlegt. Die Heizdrähte können hierbei eine Heiz drahtschicht bilden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spreizvorrichtung zylinderförmig geformt, vorzugsweise als rundgebogenes Blech, und liegt mit ihrer Außenseite vollflächig auf der Wärmeisolationsschicht auf. Durch diese vollflächige Auflage wird unter anderem ein gleichmäßiger Druck über die gesamte Spreizvorrichtung auf die Wärmeisolationsschicht ausgeübt, sodass der Wärmekontakt der Heizmatte zum zu erwärmenden Mantelrohr noch weiter vergleichmäßigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind auf die Außenseite der Spreizvorrichtung ein oder mehrere Vertiefungen zumindest teilweise umlaufend um die Außenseite in Aus richtung senkrecht zur Mittelachse des Mantelrohres angeordnet. Diese Vertiefungen ver steifen die Spreizvorrichtung zusätzlich, wodurch unter anderem der Auflagedruck weiter vergleichmäßigt wird. Solche Spreizvorrichtungen können dann mit gleichbleibenden Ei genschaften mit einer größeren Länge bereitgestellt werden. Vorzugsweise sind dabei die Vertiefungen umlaufende Schlitze oder Sicken in der Außenseite der Spreizvorrichtung. Als Sicken werden hierbei rinnenförmige Vertiefungen verstanden, die der Verstellung von dünnwandigen Bauteilen, hier der Spreizvorrichtung, gegenüber Verformung oder Schwingung dienen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spreizvorrichtung eine erste Spreizein richtung mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in radialer Spreizrichtung und eine zweite Spreizeinrichtung mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in tangentialer Spreizrichtung. Durch die Entkopplung der Spreizwirkung in eine radiale und eine tangentiale Spreizwirkung kann die Heizmatte definierter und wesentlich gleich mäßiger gegen das Mantelrohr der Heizwalze gedrückt werden. Hierbei kann die tangen tiale und radiale Spreizung genauer auf die Gegebenheiten der Heizwalze angepasst wer den.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Spreizeinrichtung dazu ein radiales Spreizmittel, das nur entlang einer einzigen radialen Spreizrichtung zwischen den gegen überliegenden Innenseiten der Wärmeisolationsschicht durch eine Mittelachse des kreis- zylindrischen Mantelrohres hindurch angeordnet ist. Durch die Spreizrichtung entlang nur einer einzigen radialen Spreizrichtung erstreckt sich die Wirkung der simultan ausge übten tangentialen Spreizung über die gesamte Halbschale der Spreizvorrichtung. Dadurch kann die tangentiale Spreizung homogen auf den gesamten Bereich der Spreiz vorrichtung zwischen den radialen Spreizmitteln und damit auf den gesamten Bereich der Wärmeisolationsschicht ausgeübt werden. Würde stattdessen eine radiale Spreizung in einer zusätzlichen zweiten radialen Spreizrichtung auf die Spreizvorrichtung ausgeübt (beispielsweise in Form einer Anordnung sich kreuzender Speichen), so könnte die tan gentiale Spreizwirkung nur unvollständig oder gegebenenfalls gar nicht in dem Bereich auf der umlaufenden Spreizvorrichtung zwischen erstem und zweitem radialen Spreizele ment ausgeübt werden, also in dem Bereich, der beispielsweise zwischen zwei Auflage punkten unterschiedlich ausgerichteter Stützelemente, die in einem Winkel im Umlauf richtung gesehen zueinander ausgerichtet sind, hegt. Gerade die Anordnung mit einem ersten Spreizelement in einer einzigen radialen Spreizrichtung werden sehr gute Andruck verhältnisse der Heizmatte an das Mantelrohr der Heizwalze erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das radiale Spreizmittel eine oder mehrere Stützelemente, die jeweils parallel zur einzigen radialen Spreizrichtung entlang einer Heizwalzenlänge angeordnet sind. Damit können beispielsweise leichte Unebenheiten des Mantelrohres ausgeglichen werden. Als Heizwalzenlänge wird die Entfernung zwi schen den Stirnseiten des Mantelrohres bezeichnet. In einer weiteren Ausführungsform sind die Stützelemente in Form von Rohren mit glei chen Abständen zueinander von einer Stirnseite des Mantelrohres zur anderen Stirnseite des Mantelrohres angeordnet. Dies ermöglicht eine Vergleichmäßigung der radialen Spreizwirkung über die Heizwalzenlänge.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Spreizmittel in radialer Richtung längen verstellbar ausgeführt. Dies erleichtert unter anderem die Montage der Spreizvorrichtung in der Heizwalze und ermöglich eine individuelle lokale Anpassung de radialen Spreiz wirkung.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die zweite Spreizeinrichtung ein tangentiales Spreizmittel, über das die Spreizvorrichtung auf der Innenseite der Wärmeisolations schicht aufliegt, um diese in tangentialer Spreizrichtung zu spreizen. Das Spreizmittel ermöglicht es, eine tangentiale Spreizwirkung so einzustellen, dass ein möglichst homo gener Druck auf die Heizmatte ausgeübt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das tangentiale Spreizmittel zwei gegenüber liegende Stützelemente, vorzugsweise Winkelprofile, die mit ein oder mehreren gegen seitigen distanzvariablen Verbindungen miteinander verbunden sind, mit deren Verstel lung die gegenüberliegenden Stützelemente in tangentialer Spreizrichtung aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden können. Dadurch kann unter anderem die tangentiale Spreizwirkung präzise und sehr fein eingestellt werden. Außerdem ist eine solche zweite Spreizeinrichtung leicht handhabbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spreizvorrichtung so gestaltet, dass die radia len und tangentialen Spreizwirkungen unabhängig voneinander einstellbar sind. Dies ist durch die voranstehend beschriebenen ersten und zweiten Spreizeinrichtungen möglich.
In einer weiteren Ausführungsform werden elektrische Anschlüsse der mindestens einen elektrischen Heizmatte zwischen dem tangentialen Spreizmittel zur elektrischen Versor gung der Heizmatte aus der Wärmeisolationsschicht heraus- oder durch sie hindurch in einen Innenbereich des Mantelrohres geführt. Von hier können die elektrischen An schlüsse beispielsweise über die erste Spreizeinrichtung zur Achse des Mantelrohes und aus diesem herausgeführt werden. Das tangentiale Spreizmittel bietet eine Lücke in der umlaufenden Spreizvorrichtung zum Innenvolumen des Mantelrohres hin, die für die Führung der elektrischen Anschüsse verwendet werden kann. In einer weiteren Ausfüh rungsform werden elektrische Anschlüsse der Heizmatte dann durch die Spreizvorrich tung in Richtung eines Stromversorgers der Heizmatte weitergeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind innerhalb des Mantelrohres zwei Heizmatten je weils in Form von Halbzylindern auf der Innenseite des Mantelrohres angeordnet. Dadurch lassen sich unter anderem die Heizmatten leicht montieren und decken dennoch die gesamte Innenfläche des Mantelrohres für eine möglichst homogene Erwärmung ab.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mantelrohr zumindest eine Tiefenboh rung parallel zur Außenseite des Mantelrohres, in der ein oder mehrere Temperatursenso- ren zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur an der Außenseite des Mantelrohres angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann einerseits die Oberflächentemperatur des Mantelrohres präzise bestimmt werden und entsprechend die Heizleistung der Heiz- matte(n) so gesteuert werden, dass die gewünschte Oberflächentemperatur erreicht bzw. gehalten wird. Bei mehreren Temperatursensoren kann direkt gemessen werden, ob eine ausreichende Homogenität der Oberflächentemperatur entlang der Heizwalzenbreite vor liegt. In anderen Ausführungsformen können auch mehrere Tiefenbohrungen an verschie denen Stellen des Mantelrohres vorhanden sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist in der Tiefenbohrung nur ein einziger Tempera tursensor in der Mitte zwischen den beiden Stirnseiten des Mantelrohres angeordnet. Durch die verschiedenen Ausgestaltungen der Spreizvorrichtung ist es möglich, eine Ho mogenität der Oberflächentemperatur zu erreichen, sodass nur ein einziger Temperatur sensor zur Kontrolle der Oberflächentemperatur benötigt wird. In einer weiteren Ausführungsform variiert dabei die Oberflächentemperatur der Außen seite des Mantelrohres über die Oberfläche um weniger als 5 °C.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Vorwärmschrank zum Temperieren einer durch den Vorwärmschrank geleiteten Materialbahn umfassend mindestens eine erfindungsge- mäße Heizwalze. Die Materialbahn wird dabei über einen Eingang in den Vorwärm schrank geführt und über einen Ausgang wieder aus dem Vorwärm schrank herausgeführt. Eingang und Ausgang des Vorwärmschranks können je nach Ausführungsform auf un terschiedlichen Seiten, vorzugsweise gegenüberliegenden Seiten, des Vorwärmschranks oder auf der gleichen Seite des Vorwärmschranks angeordnet sein. In einer Ausführungsform wird die Materialbahn im Vorwärm schrank mit der mindestens einen Heizwalze auf eine Temperatur von 60 - 140 °C aufgewärmt. Die Heizmatte(n) der Heizwalze(n) können dazu beispielsweise mit 400V betrieben werden und 12000 W Heizleistung besitzen.
In einer weiteren Ausführungsform sind im Vorwärmschrank mindestens zwei der erfin- dungsgemäßen Heizwalzen angeordnet, wobei vor den Heizwalzen zumindest eine erste
Transportwalze zum Zuführen der Materialbahn zu den Heizwalzen und nach den Heiz walzen zumindest eine zweite Transportwalze zur Ausleitung der Materialbahn aus dem Vorwärmschrank heraus angeordnet sind, vorzugsweise sind die Heizwalzen und Trans portwalzen im Vorwärmschrank so angeordnet, dass die Materialbahn S-förmig um die Heiz- und Transportwalzen herumgeführt werden kann. Der Begriff „Zuführung der Ma terialbahn zu den Heizwalzen“ bezeichnet die Zuführung der Materialbahn zu der ersten Heizwalze, über die dann die Materialbahn zur zweiten Heizwalze geführt wird. Damit führt die erste Transportwalze natürlich indirekt die Materialbahn auch der zweiten Heiz walze zu. Somit wird ein Vorwärmschrank, insbesondere für kunststoffverarbeitende Maschinen, zur Verfügung gestellt, in dem die Heizwalzen möglichst homogen beheizt werden kön nen und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anlage mit einer Maschine zur Materialbearbei tung umfassend einen erfindungsgemäßen Vorwärmschrank zum Temperieren einer Ma terialbahn für eine nachfolgende Bearbeitung der Materialbahn in der Maschine. Die Ma schine kann dabei anschließend an den Vorwärmschrank ein oder mehrere Komponenten zur Bearbeitung und Weiterverarbeitung der Materialbahn bzw. der aus der Materialbahn entstandenen Produkte umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst dabei die Materialbahn einen Verbundwerkstoff. Hier bei kann die Materialbahn aber auch vollständig aus dem Verbundwerkstoff bestehen. Beispielsweise ist die Materialbahn eine Kunststofffolie.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Maschine eine Thermoformmaschine. Mit ei ner Thermoformmaschine können thermoplastische Kunststoffe unter Wärmeeinwirkung sowie mit Hilfe von Druckluft und/oder Vakuum umgeformt werden. Als Materialbahnen können dabei Folien, in der Regel mit einer geringeren Dicke, oder Platten, in der Regel mit einer größeren Dicke, eingesetzt werden.
Somit wird eine Anlage, insbesondere mit einer kunststoffverarbeitenden Maschine, zur Verfügung gestellt, die einen Vorwärmschrank umfasst, in dem die Heizwalzen zur Vor erwärmung der zu bearbeitenden Materialbahn möglichst homogen beheizt werden kön nen und deren Heizmittel eine lange Lebensdauer besitzen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer erfmdungsgemä- ßen Heizwalze zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Tempe rierung einer um die Heizwalze umlaufenden Materialbahn umfassend die Schritte:
Anordnen mindestens einer Heizmatte auf einer Innenseite eines kreiszylindrischen Mantelrohres der Heizwalze in Kontakt zum Mantelrohr; Anordnen einer Wärmeisolationsschicht auf einer nicht dem Mantelrohr zugewand ten Innenseite der Heizmatte;
Anordnen einer Spreizvorrichtung im Inneren des Mantelrohres auf einer Innenseite der Wärmeisolationsschicht; und - Ausüben einer Vorspannung über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte mittels der Spreizvorrichtung, sodass die dem Mantelrohr zugewandte Außenseite der mindestens einen Heizmatte dauerhaft gegen die Innenseite des Mantelrohres gedrückt wird.
In einer Ausführungsform werden dabei die Schritte des Anordnens der Heizmatte und der Wärmeisolationsschicht gemeinsam durchgeführt werden, da die Wärmeisolations schicht dauerhaft mit der Heizmatte verbunden ist. Dieser dauerhafte Verbund kann bei spielsweise mittels Vulkanisation durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Ausübens ei ner Vorspannung die Schritte des - Ausübens einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in radialer
Spreizrichtung mittels einer ersten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung; und des
Ausübens einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in tangentialer Spreizrichtung mittels einer zweiten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung. Somit wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizwalzen zur Ver fügung gestellt, damit die Heizwalzen zur Vorerwärmung der zu bearbeitenden Material bahn möglichst homogen beheizt werden können und deren Heizmittel eine lange Le bensdauer besitzen. Es versteht sich, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen oder Merk male daraus auch in beliebigen von den Ansprüchen und von deren Rückbezüge abwei chenden Kombinationen miteinander kombiniert werden können, um Lösungen der vor anstehenden Aufgabe im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig.l: erfindungsgemäße Heizwalze (a) in perspektivischer Außenansicht und (b) im seitlichen Schnitt;
Fig.2: eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung in der erfindungsgemäßen Heiz walze (a) im seitlichen Schnitt und (b) in Vergrößerung der zweiten Spreizein richtung;
Fig.3: eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung mit Vertiefungen an der Außen seite in perspektivischer Ansicht;
Fig.4: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorwärmschranks;
Fig.5: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage;
Fig.6: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizwalze im seitlichen Schnitt durch die Wandung der Heizwalze; und
Fig.7: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Heizwalze.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Heizwalze 1 (a) in perspektivischer Außenansicht und (b) im seitlichen Schnitt zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflächentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze 1 umlaufenden Materialbahn 20, wobei die Heiz walze 1 ein kreiszylindrisches Mantelrohr 2 aus wärmeleitendem Material, vorzugsweise Metall, und mindestens eine elektrische Heizmatte 3 umfasst, die auf einer Innenseite 21 des Mantelrohres 2 in Kontakt zum Mantelrohr 2 angeordnet ist. Auf einer nicht dem Mantelrohr 2 zugewandten Innenseite 31 der Heizmatte 3 ist eine Wärmeisolationsschicht 4 angeordnet. Im Inneren des Mantelrohres 2 ist eine Spreizvorrichtung 5 auf einer In nenseite 41 der Wärmeisolationsschicht 4 angeordnet, die eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht 4 auf die Heizmatte 3 ausübt, sodass eine dem Mantelrohr 2 zu gewandte Außenseite 32 der mindestens einen Heizmatte 3 dauerhaft gegen die Innen seite 21 des Mantelrohres 2 gedrückt wird. Die Oberflächen oder Seiten, die der Mittel achse MA des Mantelrohres 2 zugewandt sind, werden hier jeweils als Innenseiten 21, 31, 41 bezeichnet. Die Oberflächen oder Seiten, die der äußeren Oberfläche 22 des Man telrohres 2 zugewandt sind, werden hier jeweils als Außenseiten 22, 32, 42, 5a bezeichnet. Hierbei ist die Spreizvorrichtung 5 zylinderförmig geformt, vorzugsweise als rundgebo genes Blech, und liegt mit ihrer Außenseite 5a vollflächig auf der Wärmeisolationsschicht 4 auf. Die Spreizvorrichtung 5 umfasst dabei eine erste Spreizeinrichtung 51 mit Spreiz wirkung gegen die Wärmeisolationsschicht 4 in radialer Spreizrichtung RS und eine zweite Spreizeinrichtung 52 mit Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht 4 in tangentialer Spreizrichtung TS. Für weitere Details der zweiten Spreizeinrichtung 52 wird auf die Figuren 2 und 3 verwiesen. Für weitere Details zum Aufbau der Heizmatte 3 wird auf die Figur 6 verwiesen. Auf der hier gezeigten Heizwalze 1 variiert die Oberflächen temperatur der Außenseite 22 des Mantelrohres 2 über die Oberfläche um weniger als 5 °C. Um die Oberflächentemperatur kontrollieren zu können umfasst das Mantelrohr 2 hier zusätzlich eine einzige Tiefenbohrung 23 parallel zur Außenseite 22 des Mantelroh res 2, in der ein oder mehrere Temperatursensoren 6 zur Bestimmung einer Oberflächen temperatur an der Außenseite 22 des Mantelrohres 2 angeordnet sein können, in diesem Ausführungsbeispiel allerdings nur ein einziger Temperatursensor 6 in der Mitte zwi schen den beiden Stirnseiten 12a, 12b des Mantelrohres 2.
Die erste Spreizeinrichtung 51 umfasst hier ein radiales Spreizmittel 51a, das nur entlang einer einzigen radialen Spreizrichtung RS zwischen den gegenüberliegenden Innenseiten 41 der Wärmeisolationsschicht 4 durch die Mittelachse MA des kreiszylindrischen Man- telrohres 2 hindurch angeordnet ist. Das radiale Spreizmittel 51a umfasst hier vier Stüt zelemente, die jeweils parallel zur einzigen radialen Spreizrichtung RS entlang einer Heizwalzenlänge 11 angeordnet sind, wobei die Stützelemente 51a in Form von Rohren mit gleichen Abständen zueinander von einer Stirnseite 12a des Mantelrohres 2 zur an deren Stirnseite 12b des Mantelrohres 2 angeordnet sind, um die radiale Spreizwirkung gleichmäßig über die Heizwalzenlänge 11 zu verteilen. Dazu ist das erste Spreizmittel 51a in radialer Richtung längenverstellbar ausgeführt (längenverstellbare Rohre 51a). Hierbei ist die Spreizvorrichtung 5 so gestaltet, dass die radialen und tangentialen Spreiz wirkungen unabhängig voneinander einstellbar sind.
Außerdem werden elektrische Anschlüsse 33 der mindestens einen elektrischen Heiz matte 3 zwischen dem tangentialen Spreizmittel 52b zur elektrischen Versorgung der Heizmatte 3 aus der Wärmeisolationsschicht 4 heraus- oder durch sie hindurch in einen Innenbereich des Mantelrohres 2 und in Richtung eines Stromversorgers 34 der Heiz matte 3 weitergeführt.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung 5 der ein erfindungsgemäßen Heizwalze 1 (a) im seitlichen Schnitt und (b) in Vergrößerung der zweiten Spreizeinrich tung 52. Die zweite Spreizeinrichtung 52 ist hier als rundgebogenes Blech geformt, das mit seiner Außenseite 5a vollflächig auf der Wärmeisolationsschicht 4 aufliegen soll, hier in Form von zwei Halbschalen als Heizmatten 3a, 3b mit jeweiligen Wärmeisolations schichten 4, und umfasst ein tangentiales Spreizmittel 52b, um diese in tangentialer Spreizrichtung TS zu spreizen. Das tangentiale Spreizmittel 52b umfasst hier zwei ge genüberliegende Stützelemente 52c, vorzugsweise Winkelprofile, die mit ein oder meh reren gegenseitigen distanzvariablen Verbindungen 52d miteinander verbunden sind, mit deren Verstellung die gegenüberliegenden Stützelemente 52c in tangentialer Spreizrich tung TS aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden können. Des Wei teren sind drei Vertiefungen 53 auf die Außenseite 5a der Spreizvorrichtung 5 größtenteils umlaufend um die Außenseite 5a in Ausrichtung senkrecht zur Mittelachse MA des Man telrohres 2 angeordnet, weitere Details dazu siehe Fig.3. Fig.3 zeigt eine Ausführungsform der Spreizvorrichtung 5 mit Vertiefungen 53 an der Außenseite 5a in perspektivischer Ansicht, wie sie in eine Heizwalze 1 mit bereits darin angeordneten Heizmatten 3a, 3b eingesetzt werden kann. Diese Vertiefungen 53 sind auf die Außenseite 5a der Spreizvorrichtung 5 als drei Vertiefungen 53 größtenteils umlau fend um die Außenseite 5a in Ausrichtung senkrecht zur Mittelachse MA des Mantelroh res 2 angeordnet. Die Vertiefungen 53 sind hier als parallele Schlitze oder Sicken in die Außenseite 5a der Spreizvorrichtung 5 eingebracht, beispielsweise eingeprägt oder mit einem Schneide- oder Stanzwerkzeug hergestellt. Die Vertiefungen 53 laufen hier auf der Außenseite 5a nicht über das tangentiale Spreizmittel 52b hinüber, sondern enden jeweils auf beiden Seiten kurz vor Erreichen des tangentialen Spreizmittels 52b. Diese „Lücke“ der Vertiefungen 53 kann symmetrisch auf der gegenüberliegenden Seite des zylinderför migen zweiten Spreizeinrichtung 52 vorhanden sein. Alternativ können dort, wo kein tan gentiales Spreizmittel 52b vorhanden ist, auch durchlaufend ausgestaltet sein. In der per spektivischen Darstellung ist gut ersichtlich, dass die Spreizvorrichtung 5 hier als rund gebogenes Blech geformt ist, das mit seiner Außenseite 5a vollflächig auf der Wärmei solationsschicht 4 aufliegen soll.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorwärmschranks 10 zum Temperieren einer durch den Vorwärm schrank 10 geleiteten Materialbahn 20 umfassend zwei erfindungsgemäße Heizwalzen 1, wobei vor den Heizwalzen 1 eine erste Transport walze 30a zum Zuführen der Materialbahn 20 zu der ersten der beiden Heizwalzen 1 und nach den beiden Heizwalzen 1 eine zweite Transportwalze 30b zur Ausleitung der Mate rialbahn 20 aus dem Vorwärmschrank 10 heraus angeordnet sind. Hierbei sind die Heiz walzen 1 und Transportwalzen 30a, 30b im Vorwärmschrank 10 so angeordnet, dass die Materialbahn 20 S-förmig um die Heiz- und Transportwalzen 1, 30a, 30b herumgeführt wird. Hierzu läuft die Materialbahn 20 (nicht explizit gezeigt) von einem Einlass 40 des Vorwärmschranks 10 zunächst nach unten um die erste Transportwalze 30a herum und weiter in S-Form zur ersten der beiden Heizwalzen 1 und um diese herum und weiter nach unten zur zweiten der beiden Heizwalzen 1 und um diese herum und weiter in S-Form zur zweiten Transportwalze 30b und um diese herum weiter zum Auslass des Vorwärm schranks 10, wo die vorgewärmte Materialbahn 20 aus dem Vorwärmschrank 10 austritt. Hierbei kann die Materialbahn 20 im Vorwärm schrank 10 mit den beiden Heizwalzen 1 auf eine Temperatur von 60 - 140 °C aufgewärmt werden. Die exakte Temperatur wird je nach Bearbeitungsprozess und Material der Materialbahn 20 auf die jeweils ge wünschte Vorwärmtemperatur eingestellt.
Fig.5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage 100 mit einer Ma schine 110 zur Materialbearbeitung umfassend einen erfindungsgemäßen Vorwärm schrank 10 (siehe auch Fig.4) zum Temperieren einer Materialbahn 20 für eine nachfol gende Bearbeitung der Materialbahn 20 in der Maschine 110, damit diese am Ende nach dem Durchlauf durch weitere Komponenten 110a (beispielsweise eine Formstation und/oder eine Schneidestation und/oder eine Stapelstation etc.) Produkte 120 aus der be arbeiteten Materialbahn 20 ausgeben kann. Diese Produkte 120 können Endprodukte zur Auslieferung an den Kunden oder Zwischenprodukte für eine weitere Bearbeitung oder Verarbeitung darstellen. Die Materialbahn 20 kann dabei einen Verbundwerkstoff umfas sen oder vollständig aus einem Verbundwerkstoff bestehen. Beispielsweise ist die Mate rialbahn 20 eine Kunststofffolie. Die Materialbahn 20 kann dabei als laufendes Material von einer Rolle oder stückweise, beispielsweise in Form von Platten, der Maschine 110 zugeführt werden. Die Maschine 110 ist beispielsweise eine Thermoformmaschine.
Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizwalze 1 im seitlichen Schnitt durch die Wandung der Heizwalze 1, wobei eine elektrische Heizmatte 3 auf einer Innenseite 21 des Mantelrohres 2 in Kontakt zum Mantelrohr 2 angeordnet ist. Auf der nicht dem Mantelrohr 2 zugewandten Innenseite 31 der Heizmatte 3 ist wiederum eine Wärmeisolationsschicht 4 angeordnet. Im Schichtaufbau nachfolgend ist dann eine Spreizvorrichtung 5 auf einer Innenseite 41 der Wärmeisolationsschicht 4 angeordnet. Diese Spreizvorrichtung 5 soll eine Vorspannung so über die Wärmeisolationsschicht 4 auf die Heizmatte 3 ausüben, dass die dem Mantelrohr 2 zugewandte Außenseite 32 der Heizmatte 3 dauerhaft und möglichst homogen gegen die Innenseite 21 des Mantelrohres 2 gedrückt wird. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn wie gezeigt die Wärmeisolationsschicht 4 die Innenseite 31 der Heizmatte 3 vollständig überdeckt. Dazu kann die Wärmeisolati onsschicht 4 dauerhaft mit der Heizmatte 3 verbunden sein. Beispielsweise ist die Wär meisolationsschicht 4 mit ihrer der Heizmatte 3 zugewandten Außenseite 42 auf die Heiz matte 3 vulkanisiert. Die Wärmeisolationsschicht 4 kann dabei als Schaumschicht, vor zugsweise als Silikonschaumschicht, ausgebildet sein. Solche Schichten stellen eine gute Wärmeisolation zur Innenseite 41 bereit. Damit ist es für die Wärmeisolation unerheblich, aus welchem Material die Spreizvorrichtung 5 gefertigt ist. Die Wärmeisolationsschicht 4 und die Heizmatte 3 besitzen jeweils eine Dicke 3d, 4d in radialer Richtung des Man telrohres 2, wobei die Dicke 4d der Wärmeisolationsschicht 4 mindestens die Dicke 3d der Heizmatte 3 betragen kann, vorzugsweise bis zu einem Faktor 1,5 dicker als die Heiz matte 3 sein kann, besonders bevorzugt um mehr als einen Faktor 1,5 dicker als die Dicke 3d der Heizmatte 3 sein kann. Die Heizmatte 3 besitzt entlang ihrer Dicke 3d eine Mitte 3m, wobei hier alle Heizdrähte 35 (hier der Einfachheit halber als Schicht dargestellt) der Heizmatte 3 jenseits der Mitte 3m in Richtung des Mantelrohres 2 angeordnet sind, was zur Verbesserung des Wärmeübertrags zum Mantelrohr 2 beiträgt. Der Schichtaufbau der Heizmatte 3 kann dabei folgendermaßen ausgeführt sein: zur Wärmeisolationsschicht 4 hin ist eine Deckschicht 36 angeordnet, darunter eine Silikonschicht 37, die Heizdrähte hier in Form einer Heizdrahtschicht 35 und erneut eine Deckschicht 36 zur Innenseite 21 des Mantelrohrs 2 hin. Die elektrischen Anschlüsse 33 der Heizmatte 3 führen von der Heizmatte 3 beispielsweise zwischen dem tangentialen Spreizmittel 52b zur elektrischen Versorgung der Heizmatte 3 aus der Wärmeisolationsschicht 4 heraus- oder durch sie hindurch in einen Innenbereich des Mantelrohres 2 und aus der Heizwalze 1, beispiels weise über die Achsaufhängung heraus.
Fig.7 zeigt eine Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen Verfahrens 200 zum Herstel len der erfmdungsgemäßen Heizwalze 1 zur Bereitstellung einer gewünschten Oberflä chentemperatur zur Temperierung einer um die Heizwalze 1 umlaufenden Materialbahn 20 umfassend die Schritte des Anordnens 210 mindestens einer Heizmatte 3 auf einer Innenseite 21 eines kreiszylindrischen Mantelrohres 2 der Heizwalze 1 in Kontakt zum Mantelrohr 2 und des Anordnens 220 einer Wärmeisolationsschicht 4 auf einer nicht dem Mantelrohr 2 zugewandten Innenseite 31 der Heizmatte 3. Hierbei können die Heizmatte 3 und die Wärmeisolationsschicht 4 nacheinander oder in einem gemeinsamen Schritt in dem Mantelrohr angeordnet werden. Das Verfahren umfasst des Weiteren die Schritte des Anordnens 230 einer Spreizvorrichtung 5 im Inneren des Mantelrohres 2 auf einer Innen seite 41 der Wärmeisolationsschicht 4 und des Ausübens 240 einer Vorspannung über die Wärmeisolationsschicht 4 auf die Heizmatte 3 mittels der Spreizvorrichtung 5, sodass die dem Mantelrohr 2 zugewandte Außenseite 32 der mindestens einen Heizmatte 3 dauerhaft gegen die Innenseite 21 des Mantelrohres 2 gedrückt wird. Hierbei können die Schritte des Anordnens 210, 220 der Heizmatte 3 und der Wärmeisolationsschicht 4 gemeinsam durchgeführt werden, indem die Wärmeisolationsschicht 4 dauerhaft mit der Heizmatte 3, vorzugsweise mittels Vulkanisation, verbunden ist. Der Schritt des Ausübens 240 einer Vorspannung kann dabei die Schritte des Ausübens 242 einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht 4 in radialer Spreizrichtung RS mittels einer ersten Spreizein richtung 51 der Spreizvorrichtung 5 und des Ausübens 244 einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht 4 in tangentialer Spreizrichtung TS mittels einer zweiten Spreizeinrichtung 52 der Spreizvorrichtung 5 umfassen. Die radialen und tangentialen Spreizwirkungen können entweder nacheinander oder simultan zueinander oder in einem iterativen Verfahren abwechselnd Stück für Stück eingestellt werden, bis die gewünschte Spreizwirkung der Spreizvorrichtung 5 eingestellt ist bzw. die Heizmatte 3 vollflächig homogen an der Innenseite 21 des Mantelrohres 2 anliegt.
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombi niert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.
Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ledig lich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese voranstehenden Ausführungsbei spiele.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 erfindungsgemäße Heizwalze
11 Heizwalzenlänge parallel zur Mittelachse
12a, b Stirnseiten des kreiszylindrischen Mantelrohres
2 kreiszylindrisches Mantelrohr
21 Innenseite des Mantelrohres
22 Außenseite des Mantelrohres
23 Tiefenbohrung parallel zur Außenseite des Mantelrohres
3 elektrische Heizmatte
3 a, b Heizmatten als Halb Zylinder im Mantelrohr
3d Dicke der Heizmatte
3m Mitte der Heizmatte entlang ihrer Dicke
31 dem Mantelrohr abgewandte Innenseite der Heizmatte
32 dem Mantelrohr zugewandte Außenseite der Heizmatte
33 elektrische Anschlüsse der Heizmatte
34 Stromversorger der Heizmatte
35 Heizdraht bzw. Heizdrahtschicht in der Heizmatte
36 Deckschicht der Heizmatte
37 Silikonschicht der Heizmatte
4 Wärmeisolationsschicht
4d Dicke der Wärmeisolationsschicht
41 Innenseite der Wärmeisolationsschicht
42 Außenseite der Wärmeisolationsschicht
5 Spreizvorrichtung
5 a Außenseite der Spreizvorrichtung
51 erste Spreizeinrichtung mit radialer Spreizwirkung
51a radiales Spreizmittel (z.B. ein oder mehrere Stützelemente)
52 zweite Spreizeinrichtung mit tangentialer Spreizwirkung 52a Außenseite der zweiten Spreizeinrichtung
52b tangentiales Spreizmittel
52c gegenüberliegende Stützelemente
52d distanzvariable Verbindung des tangentialen Spreizmittels 53 Vertiefungen in der Außenseite des Mantelrohres, vorzugsweise Sicken 6 Temperatursensor
10 erfindungsgemäßer Vorwärmschrank
20 Materialbahn, beispielsweise eine Kunststofffolie
30a erste Transportwalze
30b zweite Transportwalze
40 Einlass Vorwärmschrank
50 Auslass Vorwärmschrank
100 erfindungsgemäße Anlage
110 Maschine, beispielsweise eine Thermoformmaschine
110a weitere Komponenten der Maschine
120 Produkte der Maschine
200 erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Heiz walze
210 Anordnen der mindestens einen Heizmatte auf einer Innenseite eines kreiszy lindrischen Mantelrohres
220 Anordnen einer Wärmeisolationsschicht auf einer nicht dem Mantelrohr zuge wandten Innenseite der Heizmatte
230 Anordnen einer Spreizvorrichtung im Inneren des Mantelrohres auf einer Innen seite der Wärmeisolationsschicht
240 Ausüben einer Vorspannung über die Wärmeisolationsschicht auf die Heizmatte mittels der Spreizvorrichtung 242 Ausüben einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in radialer Spreizrichtung mittels einer ersten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung 244 Ausüben einer Spreizwirkung gegen die Wärmeisolationsschicht in tangentialer
Spreizrichtung mittels einer zweiten Spreizeinrichtung der Spreizvorrichtung
MA Mittelachse des kreiszylindrischen Mantelrohres
RS radiale Spreizrichtung
TS tangentiale Spreizrichtung
Next Patent: HIGH-POWER PLUG CONNECTOR SYSTEM