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Trockenzylinder zur thermischen Behandlung von Papierbahnen od. dgl.
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insbesondere im Bereich des einen Trommelendes höher als am andern Ende. Da ausserdem die
Hauptzufuhrleitung innerhalb der Hauptabfuhrleitung verlegt ist, ergibt sich überdies ein Wärmeverlust, der den Wirkungsgrad der Vorrichtung ungünstig beeinflusst.
Ähnliche Nachteile weisen alle bisher bekanntgewordenen Heiztrommeln oder Trockenzylinder auf.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Trockenzylinders, bei welchem diese oben erwähnten
Mängel und Nachteile vermieden sind.
Dieses Ziel lässt sich mit einem Trockenzylinder der eingangs umrissenen Art erreichen, dessen
Kanalsystem erfindungsgemäss aus wenigstens zwei voneinander unabhängigen, ineinandergeschachtelten
Kanälen mit entgegengesetzter Strömungsrichtung besteht. In vorteilhafter Weise ist dabei jeder der
Kanäle aus im wesentlichen längs des gesamten Mantelumfanges gleichmässig ausgeteilten Abschnitten gebildet.
Diese Anordnung von Trennwand-Elementen oder Stegen zur Bildung von Kanälen erweist sich in solchen Vorrichtungen sehr vorteilhaft, da die Stege gleichzeitig zum Festhalten der zylindrischen
Mantelplatten im Abstand voneinander dienen, leicht einsetzbar sind und die Strömungseigenschaften des die Kanäle durchströmenden Heizmediums verbessern. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die
Stege in einfacher Weise durch äussere Nietschweissung, Schweissung, Schrauben od. dgl. mit einer der
Mantelplatten fest und dauerhaft verbunden. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, können auf diese Weise Teile von Trockenzylindern u. ähnl. Vorrichtungen einfach hergestellt und sodann diese zu kompletten doppelwandigen Zylindereinheiten zusammengesetzt werden.
Beim Zusammenbau der Trockenzylinder wird der eine, vorzugsweise der äussere Mantel über eine
Kante der mit dem zugeordneten Mantel verbundenen Stege geschoben, die mit einer verformbaren
Kante z. B. mit einer Dichtleiste versehen sein können. Hierauf können die bekannten üblichen
Massnahmen vorgenommen werden, um den Trockenzylinder für den Betrieb fertigzustellen.
Zur Leitung des Heizmediums durch die Vorrichtung sind zwei ineinandergeschachtelte mäanderförmige Kanalsysteme vorgesehen, die vom Heizmedium durchströmt werden. Dadurch wird eine gleichmässige Erwärmung der Oberfläche des Trockenzylinders erzielt, indem das Heizmedium im
Gegenstrom durch nebeneinanderliegend angeordnete Kanäle geführt wird, von denen jeder im wesentlichen die gleiche Länge und im wesentlichen den gleichen Wärmeabfall aufweist, wobei die erwärmten Abschnitte des einen Kanals die kühlere Temperatur des benachbarten Kanals ausgleichen.
Zur Erzielung höherer Temperaturen ohne das Erfordernis eines höheren Druckes wird vorgeschlagen, an Stelle eines dampfförmigen, ein flüssiges, wärmeabgebendes und wärmeaufnehmendes Heizmedium zu verwenden. Obwohl jedwede geeignete Flüssigkeit Verwendung finden kann, wird einer chlorierten Kohlenwasserstoffverbindung der Vorzug gegeben, einer Flüssigkeit, die beinahe keinerlei Überdruck bei Temperaturen von 260 C oder darüber verursacht. Es handelt sich dabei um eine gelbliche Flüssigkeit die nicht entzündbar ist und niedrige Verdampfungsverluste, Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Säuren und Alkalien aufweist.
Ausser zur thermischen Behandlung von lamellierten Produkten bei der Herstellung von Papierbahnen, Sperrholz od. dgl., kann die Vorrichtung nach der Erfindung auch zum Bügeln flacher Materialien, beispielsweise in Wäschereien und überall dort, wo eine erwärmte oder gekühlte Oberfläche wünschenswert ist, vrwendet werden.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben werden. In den Zeichnungen zeigt Fig. l einen Axialschnitt durch einen Trockenzylinder nach der Erfindung, Fig. 2 eine Abwicklung annähernd einer Hälfte der Oberfläche des Zylinders nach Fig. l, mit der Anordnung der Strömungswege, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. l und Fig. 4 einen Teil eines Schnittes nach Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 und die Fig. 6 und 7 denselben Schnitt wie Fig. 5, wobei jedoch andere Ausführungsformen eines Trockenzylinders gezeigt sind.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Trockenzylinder--250--, welcher beispielsweise zur thermischen Behandlung von Papierbahnen od. dgl. oder zum Trocknen von Geweben oder Gurten geeignet ist, wobei eine gleichmässig erwärmte oder gekühlte Zylinderoberfläche erwünscht ist. Die Zylinderoberfläche kann durch Medien temperiert werden, welche in der Trommel vorgesehene Kanäle im Gegenstrom durchströmen, wie sie nachstehend näher beschrieben werden.
Der Trockenzylinder --250-- umfasst einen zylindrischen inneren Mantel-254-. einen äusseren mit dem inneren im wesentlichen konzentrischen Mantel --258-- sowie Abschlusswände - 262 und 266--. Im Ringraum zwischen den Mänteln-254 und 258-werden Strömungskanäle
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durch langgestreckte Trennstege --270-- und Zwischenstege --274-- gebildet, welche einen rechteckigen Querschnitt und eine gerade Form aufweisen (Fig. 2 und 4).
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wesentlichen achsparallel und in gleichen Abständen voneinander ausgerichtet und abwechselnd mit einem Ende an je eine der Abschlusswände --262,266-- angeschlossen, wobei das dem angeschlossenen gegenüberliegenden freie Ende in einem beträchtlichen Abstand von der benachbarten Abschlusswand --262 oder 266-angeordnet ist. Zwischen den Trennstegen --270-- ist ein diese in einem Abstand umgebender, mäanderförmiger Steg verlegt, der aus parallel zu den Trennstegen --270-- verlaufenden und über deren freie Enden vorstehenden Zwischenstegen--274--und diese an den Enden peripher in einem Abstand von der jeweiligen Abschlusswand --62 bzw. 66-paarweise miteinander verbindenden Querstegen--278--besteht.
Auf diese Weise ist der gesamte Raum zwischen dem Aussen- und dem Innenmantel --254 bzw.
258-in ein Kanalsystem aus zwei mäanderförmig ineinandergeschachtelten Kanälen-C, D- unterteilt. Diese Kanäle führen das Heizmedium im Gegenstrom, wobei benachbarte Kanalabschnitte zur Abgabe einer sehr gleichmässigen Temperatur an die Zylinderoberfläche gegenseitig thermisch aufeinander einwirken.
Obgleich je ein jedem Kanal zugeordneter Eingang --290,298-- bzw. Ausgang --302,314-an gegenüberliegenden Enden des Zylinders für ein die ganze Zylinderoberfläche umgebendes, zusammenhängendes Kanalsystem mit zwei Kanälen als ausreichend erachtet werden kann, ist es vorteilhaft durch eine geeignete Anordnung der Stege-270, 274, 278-- und eine dieser entsprechenden Aufteilung der Eingänge und der Ausgänge an beiden Zylinderenden dieses Kanalsystems in mehrere Abschnitte aufzuteilen, deren jeder über einen Teil der zylindrischen Umfangsfläche erstreckt und über gesonderte Rohrleitungen --286, 294 bzw. 306 und 318-- mit je einem gemeinsamen Einlass-282--, bzw. Auslass --310-- verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die vom Einlass-282-zu den Eingängen-298, 290- der Kanäle, bzw.
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verlaufenden Abschnitt auf, der eine der Abschlusswände --262,266-- zentrisch durchsetzt, mit dieser verbunden und als Trommelwelle ausgebildet ist.
Das durch den Einlass --282-- in den Trockenzylinder eintretende Heizmedium wird über die Leitung --286-- und den Eingang --290-- in den Kanal-C-und über eine Leitung - 294-und den am gegenüberliegenden Ende des Zylinders angeordneten Eingang --298-- in den Kanal--D--eingeführt. Dabei ist der Eingang --290-- des Kanals --C-- gegenüber dem Eingang - 298-des Kanals-D-um etwa 1800 versetzt.
Wie in den Zeichnungen durch Pfeile dargestellt ist, tritt das Medium durch den Eingang - -290-- in den Kanal --C-- ein, teilt sich und wird veranlasst, in entgegengesetzten Richtungen (durch Pfeile angedeutet) zum Ausgang --302-- zu strömen, welcher über die Ausgangsleitung
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-306-- mit dem Auslass --310-- ingeführt ist, wodurch sich ein Ausgleich der Temperatur ergibt. Weitere Vorteile werden nachstehend erläutert.
In den Kanälen --C und D-- zirkuliert ein wärmeabgebendes oder wärmeaufnehmendes, insbesondere flüssiges, Heizmedium, so dass die mittlere Temperatur an jeder Stelle der Oberfläche des Trockenzylinders die gleiche ist. Wenn ein Medium mit einer Temperatur von etwa 290 C in einen
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der Kanäle annähernd gleich ist, ergibt sich ein Temperaturmittelwert aus den Temperaturen der Medien benachbarter Kanäle, der an jeder Stelle des Kanalsystems annähernd gleich ist.
Der Wärmeübergang durch die Stege bewirkt überdies einen Ausgleich der Temperatur der Medien beider Kanäle, so dass die Oberfläche des äusseren Mantels --258-- eine gleichmässigere Temperatur aufweisen wird, als dies bei Anordnung eines einzigen Strömungskanals möglich wäre. Die Wärmeübertragung wird durch die Anordnung der rechtwinkelig zusammengeschlossenen Zwischen- und Querstege-274 bzw. 278-begünstigt, da hiedurch eine Turbulenz des Mediums in den
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Strömungskanälen hervorgerufen und die Wärmeübergangszahl vergrössert wird. Auch die Wärmeleitung der Mäntel--254, 258- trägt zu einer noch gleichmässigeren Erwärmung der Oberfläche des Trockenzylinders--250--bei.
Die Trommel --250-- kann einfach und schnell hergestellt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können die Stege-270 und 274--auf dem Innenmantel vor dem Zusammenbau des Trockenzylinders in beliebiger Weise befestigt werden. Dies kann z. B. durch Verschweissung erfolgen oder mit Hilfe von Schrauben, welche durch Bohrungen im Innenmantel in den unteren Teil der Stege eingeführt werden.
Der obere Teil jedes Steges ist gegebenenfalls mit einer langgestreckten festen Dichtleiste --322-- versehen, welche daran entweder mittels langgestreckter Nut und Feder oder mittels eines temperaturbeständigen Klebestoffes befestigt ist.
Jede Dichtleiste --322-- erstreckt sich in gleicher Länge wie der Steg, auf welchem sie befestigt ist und kann aus Metall, Kunststoff oder einem andern verformbaren Material hergestellt sein, welches gegenüber Temperaturveränderungen und gegenüber dem die Kanäle --C und D-durchströmenden Medium beständig ist.
Beim Zusammenbau der Trommel wird nach der Befestigung der Stege in der gewünschten
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eingedrückt oder in anderer Weise verformt. Durch den auf diese Weise erzielten Presssitz wird der Aussenmantel --258-- von dem Innenmantel --254-- mittels der Stege-270, 274 und 278-im Abstand gehalten, wobei die Dichtleisten an der oberen Kante der Stege eine ausreichende Dichtung zwischen den Kanälen --C und D--gewährleisten. In vielen Fällen ist die Anordnung von Dichtleisten nicht erforderlich, da geringfügige Undichtheiten zwischen den Kanalabschnitten die Wirkung des Trockenzylinders im allgemeinen nicht beeinträchtigen. Die Abschlusswände --266,262-können beispielsweise durch Schweissung mit den Mänteln verbunden werden. Bei einer Ausführungsform wird die eine Wand z.
B. durch Schweissen mit dem Aussenmantel --258-- vor dem Einpressen des Innenmantels --254-- in dem Aussenmantel --258-- verbunden. Die Dichtung und Befestigung der andern Abschlusswand --266-- erfolgt sodann nach Beendigung dieses Vorganges.
Da sich die in den Kanal--C oder D--eintretenden Ströme des Heizmediums am Eingang teilen, durchströmt jedes Teilchen des Mediums nur eine Hälfte der Länge des betreffenden Kanals, und somit nur ein Viertel der gesamten Länge des Kanalsystems in dem Trockenzylinder. Tatsächlich sind vier verschiedene, die Vorrichtung durchfliessende Ströme des Mediums vorgesehen, wodurch sich eine relativ geringe Länge des Strömungsweges jedes Teilchens des Mediums ergibt. Die Eintritts- und Austrittstemperaturunterschiede sind dadurch gering, woraus ein besserer Temperaturausgleich an der Arbeitsfläche des Trockenzylinders ermöglicht ist.
Statt der Gegenstromanordnung, wie sie die Fig. l bis 3 zeigen, kann unter Weglassung der Stege - 274 und 278-ein einziger Kanal vorgesehen sein. Es ist auch möglich, statt der Dichtung an den oberen Kanten der Stege-270, 274 und 278-die Innenfläche der Trommel --258-- mit einer dichtenden Schicht aus einem ähnlichen Material zu versehen oder auf die Abdichtung der oberen Stegkanten gänzlich zu verzichten. Ausserdem können auch Verlängerungsstücke verwendet werden wie sie nachstehend beschrieben sind.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist, kann der Trennsteg--270--mit einem relativ flachen
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aber auch mit den Quersteg--278--verbunden z. B. verschweisst oder in eine Nut--186desselben eingesetzt sein. Das Verlängerungsstück--182--stellt ein einfaches Mittel zur Festlegung eines richtigen Abstandes für den Quersteg dar, dient zugleich auch als zusätzliche seitliche Stütze desselben und erhöht die Turbulenz des die Kanäle --C und D--durchströmenden Mediums.
Gemäss Fig. 6 ist der Trennsteg-270-mit einem abgeänderten Verlängerungsstück-198- versehen, welches sich vorzugsweise in einen Schlitz--202--im Quersteg--278--erstreckt und mit einer Reihe von Ausnehmungen--206--versehen ist, welche die Turbulenz des Mediums beim Durchströmen dieses Kanalabschnittes erhöhen.
Gemäss Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform eines Verlängerungsstückes--210--für den Trennsteg--270--vorgesehen, das gleichfalls mit einem Schlitz --214-- des Quersteges --278-im Eingriff stehen kann. Das Verlängerungsstück--210--kann auch bei dieser Ausführungsart die gleiche Breite wie der Trennsteg--270--aufweisen und bietet genügend Raum für das
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Hindurchtreten des Mediums durch die Leitung-318-.
Es ist branchenüblich, Papier, beispielsweise Seidenpapierbogen, mittels eines mit Dampf betriebenen Trockenzylinders zu trocknen. Der nasse eintretende Bogen wird um eine grosse Walze gewickelt, welche den Bogen eng an den Trockenzylinder presst, um feine Fäden und Luft auszupressen, die eine schädliche Auswirkung auf die Qualität des Endproduktes haben würden. Die
Belastung der Walze beträgt üblicherweise etwa 4500 bis 6500 kg. Daher ergibt sich häufig eine
Deformation der Oberfläche des Trockenzylinders üblicher Abmessungen (zirka 12, 5 m im Durchmesser, zirka 13, 5 m breit). Die Deformation kann in der Mitte des Zylinders bis zu einem Zweitausendstel eines Millimeters betragen, wodurch eine ungleichmässige Wärme- und Druckeinwirkung auf das Papier entsteht, und das Endprodukt nicht die gewünschte Gleichmässigkeit besitzt.
Ein besonderer Vorteil der
Erfindung besteht darin, dass sie den Papiertrocknungsvorgang erheblich verbessern kann. Dies ist durch
Behebung jenes Problems möglich, das sich aus der Deformation ergibt, sowie durch Erhöhung der
Leistungsfähigkeit des Trockenzylinders, die eine Arbeitsgeschwindigkeit von zirka 1600 m pro Minute zulässt wodurch die Qualität des Endproduktes verbessert wird. Bei derartigen Geschwindigkeiten ist eine gleichmässige Temperatur der gesamten Trommeloberfläche von besonderer Bedeutung.
Die Stege sind zwischen dem Innen- und Aussenmantel --254 bzw. 250-in geringem Abstand voneinander angeordnet, wie dies in Fig. 2 bis 4 gezeigt ist und dienen als Versteifungsrippen zum
Abstützen des Aussenmantels--250--. Alle sich aus der Deformation der Oberfläche oder aus der mangelnden Gleichmässigkeit des Produktes ergebenden Probleme werden dadurch beseitigt. Die erhöhte
Arbeitsgeschwindigkeit wird durch die Verwendung eines Heizmediums mit einem hohen Siedepunkt ermöglicht, das bei einem geringeren Druck auf relativ höhere Temperaturen erwärmt werden kann als Wasserdampf. Dabei ist keinerlei nennenswerte Erweiterung der zugehörigen Ausrüstung erforderlich.
Eine Steigerung der Leistungsfähigkeit bekannter Trockenzylinder war bei Verwendung von Wasserdampf als Heizmedium deshalb nicht möglich, weil Dampf nicht über eine Temperatur von zirka
1780C erwärmt werden kann, ohne einen Druck zu erzeugen, der aus Festigkeitsgründen für praktische Zwecke übermässig hoch ist. Erwägungen im Hinblick auf die in der Praxis möglichen Drücke machten daher eine Begrenzung der maximalen Betriebstemperatur erforderlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Trockenzylinder zur thermischen Behandlung von Papierbahnen od. dgl., mit einem doppelwandigen, an den Enden mit je einer Abschlusswand versehenen Mantel und einem zwischen dem Aussen- und dem Innenmantel des Zylinders angeordneten mäanderförmigen Kanalsystem zum Hindurchleiten einer Heizflüssigkeit, welches System über den Zylinderumfang verteilte Ein- und
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aus wenigstens zwei voneinander unabhängigen, ineinandergeschachtelten Kanälen (C, D) mit entgegengesetzter Strömungsrichtung besteht.
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