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Die
Erfindung betrifft einen temperierbaren Walzenkörper für
die Behandlung bahnförmigen Materials, beispielsweise für
die Papierherstellung.
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Bekannt
sind temperierbare Walzenkörper mit axialen Bohrungen für
ein Temperierfluid, beispielsweise aus der
US 7,097,605 . Anstatt die Kanäle
für das Temperierfluid in einen Mantel des Walzenkörpers
zu bohren, können die Kanäle auch mittels Profilen
gebildet werden, die an einer inneren Umfangsfläche des
Mantels befestigt sind. Derartige Profilkanäle beschreibt
beispielsweise die
US 2,932,091 .
Vorteilhaft ist, dass für die Schaffung der Kanäle
auf vorgefertigte Profile zurückgegriffen und beim Mantel
Material eingespart werden kann. Der Mantel kann des Weiteren aus
einem Werkstoff geformt werden, der nicht für das Einbringen
der im Allgemeinen mehrere Meter langen Bohrungen geeignet sein
muss. Nach der
US 2,932,091 werden
halbrunde, an ihren Enden schellenartig nach außen abgekantete
Profile oder L-Profile verwendet. Die halbrunden Profile werden
mittels Kehlnähten unter Zuführung von Zusatzwerkstoff
an den Mantel geschweißt. Die L-Profile werden so aneinander
gelegt, dass sie mit je einem Ende an den Mantel und mit jeweils
ihrem anderen Ende an die Kanten ein nächstbenachbartes
L-Profil stoßen und dort verschweißt werden. Die
L-Profile bilden auf diese Weise Rechteckkanäle, deren
Seitenwände von zwei nächstbenachbarten L-Profilen
gebildet werden. Die Ausführung mit den halbrunden Profilen
ist hinsichtlich der Zugänglichkeit für das Schweißwerkzeug
problematisch, während die Rechteckkanäle jeweils
drei Schweißnähte aufweisen und die L-Profile
je mit einem ihrer Schenkel an die Kante eines Nachbarprofils angelegt
werden müssen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Walzenkörpern
mit Profilkanälen zu vereinfachen.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Walzenkörper für die Behandlung
eines bahnförmigen Materials, der einen Mantel und an dem
Mantel innen, d. h. an einer inneren Umfangsfläche des
Mantels, um eine Rotationsachse des Walzenkörpers verteilt
angeordnete, axial erstreckte Profile aufweist, die mit dem Mantel
axiale oder zumindest im Wesentlichen axial erstreckte Kanäle
für ein Temperierfluid bilden. Die Kanäle erstrecken
sich vorzugsweise von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende
des Mantels durchgehend. Die Profile sind vor dem Fügen
im Querschnitt an einer Längsseite offen und dort über ihre
axiale Länge dicht mit dem Mantel verbunden, so dass der
Mantel bei jedem der Kanäle die Außenwand und
jeweils eines der Profile sämtliche weiteren Wände,
insbesondere die Seitenwände des jeweiligen Kanals bildet.
Die Profile sind längs ihrer beiden Seitenwände,
die die offene Längsseite des jeweiligen Profils links
und rechts begrenzen, an den Mantel angelegt und längs
den Seitenwänden fluiddicht fest mit dem Mantel mittels
einer durch Löten oder vorzugsweise Schweißen
erzeugten Verbindungsnaht verbunden. Die Verbindungsnähte
können auch Klebenähte sein, falls der Walzenkörper
mit einer entsprechend niedrigen Temperatur betrieben wird, die
Klebenähte aushalten. In derartigen Ausführungen
können die Walzenkörper auch aus Kunststoff, vorzugsweise
faserverstärktem Kunststoff, bestehen und die Kanäle
aufgeklebt oder an den Walzenkörper laminiert sein.
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Nach
der Erfindung weisen die Seitenwände von nächstbenachbarten
Profilen bis in die jeweilige Verbindungsnaht zu dem Mantel, genauer
gesagt zu der inneren Umfangsfläche des Mantels, eine Neigung
von weniger als 90° auf. Zwischen den Seitenwänden
nächstbenachbarter Profile wird im Querschnitt des Walzenkörpers
gesehen ein Raum erhalten, der bis in die Verbindungsnaht in Umfangsrichtung
links und rechts von den beiden Seitenwänden der nächstbenachbarten
Profile begrenzt wird und sich bis auf die Verbindungsnaht verjüngt.
Dies verbessert die Zugänglichkeit zur Verbindungsnaht,
insbesondere für ein Fügewerkzeug und zu Kontrollzwecken.
Gegenüber im Querschnitt beispielsweise halbrunden Profilen,
bei denen die Seitenwände der Kanäle entsprechend
im rechten Winkel auf den Mantel treffen, können die in
Umfangsrichtung um die Rotationsachse gemessenen Abstände
nächstbenachbarter Kanäle verringert werden. Der
zwischen den geneigten Seitenwänden bis zur Verbindungsnaht
erhaltene Zwischenraum ermöglicht eine in Umfangsrichtung
dichtere Anordnung der Profile.
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Die
von den Profilen gebildeten Seitenwände sind vorzugsweise
gerade, verlaufen also mit einer konstanten Neigung bis in die jeweilige
Verbindungsnaht. Sie können alternativ aber auch im Querschnitt gekrümmt
sein. Gerade Seitenwände sind jedoch im Hinblick auf die
Vermeidung von Toträumen im Strömungsquerschnitt
einerseits und einer möglichst guten Zugänglichkeit
für das Fügewerkzeug andererseits vorteilhaft.
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Die
Profile sind in bevorzugten Ausführungen Winkelprofile.
Besonders geeignet sind V-Profile. Vorteilhaft ist es, wenn die
beiden Schenkel des V-Profils miteinander einen Winkel aus dem Bereich von
60 bis 120° einschließen. Die Schenkel der V-Profile
sind vorzugsweise gleich lang. V-Profile sind kostengünstig
und hinsichtlich der Geometrie ein besonders guter Kompromiss zwischen
den strömungstechnischen Verhältnissen in den
Kanälen, den Erfordernissen des Fügeprozesses
und der wirtschaftlichen Beschaffbarkeit. Besonders geeignet sind
L-Profile, also V-Profile, deren die Seitenwände bildenden
Schenkel rechtwinklig zueinander weisen. Anstatt der bevorzugten
einfachen V-Profile können beispielsweise aber auch Profile
mit trapezförmigem Querschnitt verwendet werden, also wannenförmige Profile
mit vorzugsweise V-förmig zueinander weisenden Seitenwänden,
oder auch anders polygonale Profile.
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Die
Neigung der Seitenwände ist vorzugsweise aus dem Bereich
von 30° bis 60° gewählt, so dass die
Seitenwände oder eine Tangente an die jeweilige Seitenwand
mit der inneren Umfangsfläche des Mantels am Ort ihrer
Verbindungsnaht einen Winkel aus dem genannten Bereich einschließen. Die
Seitenwände nächstbenachbarter Profile spreizen
sich von ihrer Verbindungsnaht aus entsprechend unter einem Winkel
aus dem Bereich von 60° bis 120° voneinander ab.
Ideal ist ein Abspreizwinkel aus dem Bereich um 90° entsprechend
einer Neigung der Seitenwände von etwa 45° in
Bezug auf die innere Umfangsfläche des Mantels.
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Die
von den Profilen gebildeten Seitenwände können
zwar grundsätzlich mittels Kehlnaht mit dem Mantel verbunden
sein, bevorzugter sind die Verbindungsnähte jedoch V-Nähte.
Da der Mantel an seiner inneren Umfangsfläche in bevorzugten
Ausführungen im Bereich der jeweiligen Verbindungsnaht
eine einfache glatte Fläche aufweist, handelt es sich genau
genommen nur um eine Halb-V-Naht. Die Verwendung von Winkelprofilen,
insbesondere einfachen V-Profilen mit nur zwei Schenkeln, kommt
der Bildung derartiger Verbindungsnähte in beson derer Weise
entgegen. Wird das Winkelprofil beispielsweise durch Abkanten eines
Blechs geformt, weisen die Stirnflächen an den beiden freien
Enden solch eines Profils bereits von Hause aus mit einer Neigung
zur inneren Umfangsfläche des Mantels, wenn die Schenkelenden
an die innere Umfangsfläche des Mantels angesetzt werden.
Aus Blechen durch Rundbiegen geformte Rundprofile, die sich im Querschnitt über
einen Winkel im Bereich von beispielsweise 90° bis 120° erstrecken,
sind im Hinblick auf die bevorzugte Nahtform als V-Naht jedoch ebenfalls
verwendbar. Obgleich vorzugsweise Profile verwendet werden, die
bereits von Hause aus an ihren beiden freien Ende jeweils eine beim
Ansetzen geneigt zur inneren Umfangsfläche des Mantels
weisende Stirnfläche aufweisen, können die Profile
an ihren beiden freien Stirnflächen jedoch für
die Erzeugung von V-Nähten auch durch Nachbearbeitung mit
einer entsprechenden Phase versehen werden, beispielsweise durch Anschleifen.
Der Winkel, den die Stirnflächen der Seitenwände
mit der inneren Umfangsfläche des Mantels einschließen,
ist in bevorzugten Ausführungen aus dem Bereich von 30° bis
60° gewählt.
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Die
Profile werden vorzugsweise mit Zusatzwerkstoff geschweißt
oder, falls die Anforderungen an die Temperaturfestigkeit und mechanische
Fertigkeit dies zulassen, gelötet oder gegebenenfalls gebondet,
beispielsweise geklebt oder anlaminiert. Bevorzugt werden die Verbindungsnähte
unter Pulver geschweißt. Schutzgasschweißen ist
ebenfalls ein Kandidat für das Schweißen, ebenso
Laserschweißen. Zusatzwerkstoff kann in Form eines Schweiß- oder
Lötdrahts zugeführt werden, gegebenenfalls auch
zusätzlich zu pulverförmigem Zusatzwerkstoff. Ferner
soll auch die Erzeugung der Verbindungsnähte ohne Zusatzwerkstoff
nicht ausgeschlossen werden. Die Verbindungsnähte können
nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, um Kerbwirkungen
am Übergang von der Verbindungsnaht zum Profil oder gegebenenfalls
zum Mantel zu vermeiden.
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Die
Profile sind zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung
so dicht nebeneinander liegend angeordnet, dass nächstbenachbarte
Profile mittels der gleichen Verbindungsnaht mit dem Mantel verbunden
sind. Die Profile werden für das Fügen vorteilhafterweise
so angeordnet, dass zwischen nächstbenachbarten Profilen
ein schmaler Spalt verbleibt. Beim Fügen wird in diesen
Spalt vorteilhafterweise Zusatzwerkstoff zugeführt und
geschmolzen, um die jeweilige Verbindungsnaht zu erzeugen.
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Der
Mantel ist vorzugsweise aus einem Stahlblech geformt. Die Profile
sind vorzugsweise ebenfalls Stahlbleche.
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Der
Mantel kann über 8 m, auch über 10 m lang sein
und einen Außendurchmesser von über 100 cm, auch über
120 cm haben. Er ist einige Zentimeter dick. Die Profile können
ebenso lang wie der Mantel sein, gegebenenfalls auch etwas länger,
vorzugsweise sind sie um einige Zentimeter kürzer als der
Mantel. Sie haben auf die innere Umfangsfläche des Mantels
gemessen eine Höhe aus dem Zentimeterbereich, vorzugsweise
von 1 bis 8 cm. V-Profile haben vorteilhafterweise eine Schenkellänge
von 1 bis 10 cm. Die Dicke der Profile, insbesondere der Seitenwände,
beträgt einige Millimeter, vorzugsweise 2 bis 8 mm.
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In
den Kanälen können Einbauten angeordnet sein,
um beispielsweise den Strömungsquerschnitt zu verengen
und dadurch den Wärmeübergang zum Mantel zu beeinflussen.
Die Einbauten können auch nur der Erzeugung von Turbulenz
dienen, d. h. im Hinblick auf ihre Turbulenz erzeugende Wirkung
in ihrer Geometrie optimiert sein. Die Einbauten können
vorteilhafterweise in den Profilen angeordnet und, falls erforderlich,
befestigt werden, bevor die Profile mit dem Mantel gefügt
werden.
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Die
Bildung der Kanäle mittels Profilen ermöglicht
auch auf einfache Weise eine Variation des Strömungsquerschnitts
jedes Kanals oder ausgewählter Kanäle im axialen
Verlauf des jeweiligen Kanals. Eine einfache und daher bevorzugte
Variation steht darin, die radial zur Rotationsachse des Walzenkörpers
gemessene Höhe der Kanäle oder nur der ausgewählten
Kanäle zu variieren. So können die von den beiden
Schenkeln beispielsweise eines V-Profils gebildeten Seitenwände
oder auch die Seitenwände jedes anderen Profilquerschnitts über
die axiale Länge des jeweiligen Profils gesehen kürzer werden.
So kann der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung
des Temperierfluids verringert werden, um den Wärmeübergang
auf den Mantel durch die damit einhergehende Vergrößerung
der Strömungsgeschwindigkeit bei abnehmender Temperaturdifferenz
zwischen dem Temperierfluid und dem Mantel über die axiale
Länge des jeweiligen Kanals zu vergleichmäßigen.
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Falls
mit den Profilen Hin- und Rückstromkanäle gebildet
werden, beispielsweise um das Temperierfluid an einem axialen Ende
des Mantels zu und am gleichen Ende wieder abzufüh ren,
können mehrere Gruppen von Profilen verwendet werden, wobei die
Profile innerhalb jeder Gruppe den gleichen Querschnitt und die
Profile von Gruppe zu Gruppe unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.
So können die Profile der einen Gruppe einen großen
Querschnitt, d. h. eine große Querschnittsfläche
und die Profile der anderen oder einer von mehreren anderen Gruppe(n)
einen kleineren Querschnitt aufweisen, um Hinströmkanäle
und Rückströmkanäle zu bilden, die sich im
Querschnitt der Profile voneinander unterscheiden. Insbesondere
können mit den Profilen größeren Querschnitts
die Hinströmkanäle und den Profilen kleineren
Querschnitts die Rückströmkanäle gebildet werden.
Vorteilhafterweise ist zwischen den Profilen größeren
Querschnitts wenigstens eines der Profile kleineren Querschnitts
angeordnet. Sind die Profile mit dem kleineren Querschnitt wie bevorzugt
in Bezug auf die Rotationsachse radial flacher als die Profile mit
dem größeren Querschnitt, ist bei solch einer Anordnung
auch noch die Zugänglichkeit zu den zu fügenden
Enden der Profile verbessert. Auch für derartige Ausführungen
sind einfache V- oder L-Profile von Vorteil, wobei es ferner auch
noch bevorzugt wird, dass die Schenkel dieser Winkelprofile bei
den beiden oder den noch mehr Gruppen von Profilen jeweils den gleichen
Winkel einschließen, beispielsweise jeweils rechtwinklig
zueinander weisen. Lediglich der Vollständigkeit wegen
sei angemerkt, dass die Profile der Hinströmkanäle
und die Profile der Rückströmkanäle auch
gleich sein können.
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Das
Temperierfluid wird vorzugsweise über einen Verteilerraum
in die Kanäle oder im Falle von Hin- und Rückströmkanälen
in die Hinströmkanäle verteilt oder in einem Sammelraum
nach dem Durchströmen der Kanäle oder der Hinströmkanäle
im Falle von Hin- und Rückströmkanälen
gesammelt. Hier wie auch sonst wird das Wort "oder" im Sinne von "und/oder"
verstanden, umfasst also jeweils die Bedeutung von "entweder....oder"
und auch die Bedeutung von "sowohl als auch". Dementsprechend kann entweder
nur ein Verteilerraum oder nur ein Sammelraum oder, wie bevorzugt,
sowohl ein Verteilerraum als auch ein Sammelraum oder es können
mehrere Verteilerräume oder mehrere Sammelräume
vorgesehen sein. Der Verteilerraum oder Sammelraum ist an einem
axialen Ende des Mantels, beispielsweise in einem an dem axialen
Ende angeordneten Zapfenflansch oder vorzugsweise in dem Mantel
gebildet. Strömt das Temperierfluid nur in einer axialen
Richtung durch den Walzenkörper, ist in bevorzugten Ausführungen
am Einströmende ein Verteilerraum und am Ausströmende
ein Sammelraum gebildet. Als Verteilerraum oder Sammelraum wird
ein Raum verstanden, der in radialer Richtung bis zur Peripherie reicht
oder dort als Ringraum gebildet ist, um sämt liche Kanäle
oder im Falle von Hin- und Rückströmkanälen
nur die Hinströmkanäle oder nur die Rückströmkanäle
oder gegebenenfalls auch je nur eine Untergruppe der Kanäle
fluidisch miteinander zu verbinden.
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Wird
das Temperaturfluid am gleichen axialen Ende zugeführt
und abgeführt, entspricht es bevorzugten Ausführungen,
wenn an diesem Zu- und Abführende ein Verteilerraum und
ein Sammelraum gebildet sind. In derartigen Ausführungen
ist am gegenüberliegenden Ende vorzugsweise ein Sammelraum
gebildet. Ferner kann dort auch ein Verteilerraum vorgesehen sein.
Bei Ausbildung eines Verteilerraums oder Sammelraums oder mehrerer
Verteilerräume oder mehrerer Sammelräume kann
einer oder können mehrere dieser Räume, vorzugsweise alle
diese Räume, in dem Mantel angeordnet sein. Alternativ
kann jedoch auch einer dieser Räume oder können
mehrere der Räume oder alle diese Räume in einem
der Zapfenflansche oder den beiden Zapfenflanschen gebildet sein.
Ferner sind auch Mischformen denkbar, in denen ein Verteiler- oder
Sammelraum in dem Mantel und ein Sammel- oder Verteilerraum in einem
der Zapfenflansche ausgebildet ist.
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Ein
Verteiler- oder Sammelraum kann vorteilhafterweise mit einer scheibenförmigen
oder flach gewölbten Trennstruktur, im bevorzugten einfachsten Fall
einer zumindest im Wesentlichen planen Trennscheibe, gebildet werden.
Die Trennstruktur weist längs ihres äußeren
Umfangs Ausnehmungen für die Kanäle oder nur einen
Teil der Kanäle auf. Die betreffenden Kanäle durchragen
die Trennstruktur im Bereich der Ausnehmungen oder ragen in die
Ausnehmungen oder bis zu den Ausnehmungen. Die Ausnehmungen sind
an die Außenkontur der sie durchragenden Kanäle
angepasst geformt und mit diesen Kanälen fluiddicht verbunden,
beispielsweise verlötet oder bevorzugt verschweißt.
Bei Verwendung von V- oder L-Profilen weist die Trennstruktur über
ihren äußeren Umfangsrand einen entsprechend gezackten Verlauf
auf.
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In
alternativen Ausführungen sind in einem einzigen oder in
einem linken und einem rechten Zapfenflansch Verbindungskanäle
geformt, beispielsweise als radialerstreckte Bohrungen, die eine zentrale
Zu- oder Abführung mit einem Verteilerraum oder einem Sammelraum
mit den Kanälen oder einem Teil der Kanäle verbinden.
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Über
die bereits genannten Strömungsführungen, zum
einen nur mit Hinströmkanälen, d. h. mit Fluidzufuhr
an einem axialen und Fluidabfuhr am anderen axialen Ende der Walze,
und einer einfachen Hin- und Rückströmung mit
Zu- und Abführung am gleichen Ende hinaus sind auch noch
weitere Strömungsführungen realisierbar, beispielsweise
eine Dreifachdurchströmung, nämlich Zuführung
an einem Walzenende, Hinströmung, Rückströmung, nochmalige
Hinströmung und Abführung am anderen Walzenende.
Realisierbar ist ferner auch eine vierfache Durchströmung
des Walzenkörpers mit in Strömungsrichtung hintereinander
einem ersten Hinströmkanal, einem ersten Rückströmkanal,
einem zweiten Hinströmkanal und einen zweiten Rückströmkanal,
also mit Zu- und Abführung des Temperierfluids am gleichen
Walzenende. Eine ebenfalls vorteilhafte Variante ist die Zuführung
an einem Walzenende und Verteilung in Hinströmkanäle,
wobei am anderen Walzenende zwei benachbarte Hinströmkanäle
zu einem Rückströmkanal zusammengefasst werden,
also das in den beiden Hinströmkanälen zum anderen
Ende strömende Fluid gänzlich oder zumindest aus
beiden Hinströmkanälen teilweise in einem Rückströmkanal
zurückströmt und am gleichen Walzenende wieder
abgeführt wird.
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Die
Erfindung betrifft über den Walzenkörper als solchen
hinaus auch eine den Walzenkörper aufweisende Walze, die
in einer Bahnbehandlungsmaschine, beispielsweise Papiermaschine,
eingebaut oder für den Einbau vorgesehen ist. Die Walze
weist an den axialen Enden des Walzenmantels jeweils einen Zapfenflansch
für die Drehlagerung und die Fluidverteilung oder zumindest
Abdichtung und vorzugsweise auch für einen Drehantrieb
auf. Einer oder beide Zapfenflansche können insbesondere
einen am jeweiligen axialen Ende gebildeten Verteilter- oder Sammelraum
abschließen.
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Weitere
bevorzugte Merkmale werden in den Unteransprüchen und deren
Kombinationen beschrieben.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren
erläutert. Die an den Ausführungsbeispielen offenbar
werdenden Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination
die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend
erläuterten Ausgestaltung vorteilhaft weiter. Es zeigen:
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1 eine
Walze mit Kanäle bildenden Profilen und Trennscheiben zur
Bildung von Verteiler- und Sammelräumen,
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2 einen
Walzenkörper der Walze in einem Querschnitt,
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3 einen
Umfangsabschnitt des Walzenkörpers im Querschnitt,
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4 einen
Umfangsabschnitt eines hinsichtlich der Profile modifizierten Walzenkörpers,
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5 einen
Umfangsabschnitt eines hinsichtlich der Profile nochmals modifizierten
Walzenkörpers,
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6 eine
Walze mit Kanäle bildenden Profilen und in Zapfenflanschen
gebildeten Verteiler- und Sammelräumen,
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7 den
Querschnitt C-C der 6,
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8 den
Querschnitt D-D der 6,
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9 das
Detail A der 6,
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10 eine
Walze mit Kanäle bildenden Profilen und einer modifizierten
Ausbildung von Verteiler- und Sammelräumen in den Zapfenflanschen,
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11 den
Querschnitt E-E der 10,
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12 den
Querschnitt F-F der 10 und
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13 einen
Ausschnitt einer Walze mit Kanäle bildenden Profilen und
einem geschweißten Verteiler- und Sammelsystem.
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1 zeigt
in einem Längsschnitt eine Walze für die thermomechanische
Behandlung eines bahnförmigen Materials, beispielsweise
einer Papierbahn in einer Papiermaschine. Die Walze kann insbesondere
eine Kalanderwalze sein. Die Walze umfasst einen Walzenkörper
mit einem hohlzylindrischen Mantel 1, einen ersten Zapfenflansch 2 und
einen zweiten Zapfenflansch 3, die an gegenüberliegenden
axialen Enden an dem Mantel 1 befestigt sind. Die Zapfenflansche 2 und 3 dienen
der Drehlagerung des Walzenkörpers um eine Rotationsachse R.
Der Zapfenflansch 2 bildet den Antriebsflansch, auf den
das Drehmoment für den Drehantrieb der Walze eingeleitet
wird. Der Zapfenflansch 3 dient der Zu- und Abführung
eines Temperierfluids, beispielsweise eines Thermalöls,
mit dem der Mantel 1 auf eine für die Behandlung
des bahnförmigen Materials gewünschte Temperatur
temperiert wird.
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Im
Inneren des Mantels 1 ist ein Verteilersystem für
das Temperierfluid gebildet. Durch den Zapfenflansch 3 erstrecken
sich in axialer Richtung eine zentrale Zuführung 4 und
konzentrisch um die Zuführung 4 eine Abführung 5 für
das Temperierfluid. Die Abführung 5 wird mittels
eines in den Zapfenflansch 3 eingesetzten Rohrs als Ringspalt
zwischen dem Rohr und einer umgebenden Mantelinnenfläche
des Zapfenflansches 3 erhalten. Alternativ könnte
die Abführung 5 auch mit Bohrungen erhalten werden,
die sich axial durch den Zapfenflansch 3 erstrecken. In noch
einer Modifikation könnten die Abführung 5 zentral
und die Zuführung 4 die Abführung 5 umgebend ausgebildet
sein. Das Temperierfluid ist durch die Zuführung 4 dem
Verteilersystem zuführbar und durch die Abführung 5 abführbar.
Zu dem Verteilersystem gehören sowohl auf der den Flanschzapfen 3 umfassenden
Zu- und Abführseite der Walze als auch auf der den Flanschzapfen 2 umfassenden
Antriebseite jeweils ein Verteilerraum 6 und ein Sammelraum 7 sowie
periphere Temperierkanäle 10a und 10b,
die sich axial über die gesamte Länge des Mantels 1 erstrecken,
jedenfalls über die gesamte Länge, mit der die
Walze auf eine zu behandelnde Bahn maximaler Breite einwirkt. Die
Temperierkanäle 10a und 10b sind um die
Rotationsachse R gleichmäßig verteilt an der inneren
Umfangsfläche des Mantels 1 gebildet. Die Temperierkanäle 10a sind
Hinströmkanäle, und die Temperierkanäle 10b sind
Rückströmkanäle. Die Temperierkanäle 10a und 10b sind
in Umfangsrichtung alternierend aufeinander folgend nebeneinander
angeordnet, d. h. auf jeweils einen Hinströmkanal 10a folgt
in Umfangsrichtung ein Rückströmkanal 10b und
auf jeden Rückströmkanal 10b ein Hinströmkanal 10a.
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Die
beiden Verteilerräume 6 und die beiden Sammlerräume 7 werden
von Trennstrukturen 8 und 9 und jeweils einem
der Zapfenflansche 2 und 3 axial begrenzt, auf
der Zu- und Abführseite von der dortigen Trennstruktur 9 auch
fluidisch voneinander getrennt. Die Trennstrukturen 8 und 9 sind
kreisscheibenförmig mit jeweils einem gezackten äußeren
Umfangsrand. Die Trennstrukturen 8 und 9 sind
an dem jeweiligen axialen Ende des Mantels 1 in einem geringen
axialen Abstand zueinander und ebenfalls in einem geringen axialen
Abstand zum jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 angeordnet,
so dass die Verteilerräume 6 und Sammelräume 7 jeweils
zylinderscheibenförmig sind. Auf der Zu- und Abführseite
begrenzen die Trennstrukturen 8 und 9 zwischen
sich den Verteilerraum 6 und der Zapfenflansch 3 mit
der Trennstruktur 9 den Sammelraum 7. Auf der
gegenüberliegenden Antriebseite begrenzen die Trennstruk turen 8 und 9 axial
zwischen sich den Sammelraum 7, und die Trennstruktur 9 begrenzt
mit dem Zapfenflansch 2 den Verteilerraum 6.
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Im
Betrieb der Walze wird das Temperierfluid durch die Zuführung 4 zentral
in den Verteilerraum 6 der Zu- und Abführseite
eingeleitet, und strömt am Umfangsrand der axial inneren
Trennstruktur 8 in die Hinströmkanäle 10a.
Das Temperierfluid durchströmt die Hinströmkanäle 10a in
axialer Richtung und gelangt über den äußeren
Umfangsrand der axial gegenüberliegend inneren Trennstruktur 8 in
den dortigen Sammelraum 7, wird dort in Richtung auf die
Rotationsachse R nach innen umgeleitet und strömt durch
eine zentrale Öffnung der axial äußeren
Trennstruktur 9 in den Verteilerraum 6. Das Temperierfluid strömt
durch den Verteilerraum 6 der Antriebseite nach radial
außen und gelangt über den äußeren Umfangsrand
der Trennstruktur 9 in die Rückströmkanäle 10b.
Das Temperierfluid durchströmt die Rückströmkanäle 10b in
axialer Richtung, wird auf der Zu- und Abführseite in dem
dortigen Sammelraum 7 gesammelt und strömt durch
den Sammelraum 7 und die zentrale Abführung 5 zurück
in das externe Fluidversorgungssystem der Walze.
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2 zeigt
den Walzenkörper in dem in 1 eingetragenen
Querschnitt B-B. Die Temperierkanäle 10a und 10b werden
nach radial außen von dem Mantel 1, d. h. von
der inneren Umfangsfläche des Mantels 1, und nach
innen von Profilen P begrenzt, die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse
R nebeneinander an der inneren Umfangsfläche des Mantels 1 angeordnet
und mit dem Mantel 1 durch Schweißen über
ihre gesamte axiale Länge fest und fluiddicht gefügt
sind. Die Temperierkanäle 10a und 10b werden
je von einem einzigen Profil P und dem Mantel 1 begrenzt,
d. h. der Mantel 1 und je eines der Profile P bilden gemeinsam
die Umfangswand des jeweiligen Temperierkanals 10a oder 10b.
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Die
Profile P sind Winkelprofile, im Ausführungsbeispiel gleichschenklige
L-Profile mit einem ersten Schenkel 11 und einem zweiten
Schenkel 12, die miteinander einen Winkel α von
zumindest im Wesentlichen 90° einschließen. Die
Profile P liegen eng beabstandet nebeneinander, so dass in Umfangsrichtung
nächstbenachbarte Profile P mittels einer gemeinsamen axial
kontinuierlich durchgehenden Schweißnaht 13 mit
dem Mantel 1 verbunden sind. Die Schweißnähte 13 werden
unter Pulver geschweißt.
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3 zeigt
einen Umfangsabschnitt des Walzenkörpers. Zur Erläuterung
der geometrischen Verhältnisse hinsichtlich der Schweißvorbereitung
ist in der linken Hälfte der 3 ein Profil
P vor Herstellung der Schweißverbindung und in der rechten
Hälfte ein Profil P nach Erzeugung der Schweißnaht 13 dargestellt.
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Die
Schenkel 11 und 12 bilden die Seitenwände
des vom jeweiligen Profil P begrenzten Temperierkanals 10a oder 10b,
und der Mantel 1 bildet die Außenwand. Im Querschnitt
werden im Ausführungsbeispiel Temperierkanäle 10a und 10b mit
dreieckigem Strömungsquerschnitt erhalten. Die Profile P
sind jeweils mit der Innenkante ihrer Schenkel 11 und 12 an
der inneren Umfangsfläche des Mantels 1 angesetzt.
Die freien Stirnflächen der Schenkel 11 und 12 weisen
senkrecht zu dem jeweiligen Schenkel 11 oder 12 und
dementsprechend unter einem Winkel α von etwa 45° zur
inneren Umfangsfläche des Mantels 1, d. h. sie
schließen mit der inneren Umfangsfläche daher
jeweils einen Winkel β von etwa 45° ein und begrenzen
entsprechend mit der inneren Umfangsfläche einen keilförmigen
Zwischenraum, in den der pulverförmige Zusatzwerkstoff
für den Schweißprozess eingebracht wird, indem
im hohlen Mantel 1 unter Pulver geschweißt wird.
Jeweils nächstbenachbarte Profile P sind in einem in Umfangsrichtung
geringen Abstand voneinander an die innere Umfangsfläche
des Mantels 1 angesetzt, so dass der Zusatzwerkstoff in
den Zwischenraum zwischen dem Mantel 1 und den Stirnflächen
der jeweils nächstbenachbarten Schenkel 11 und 12 dringen kann.
Durch das Schweißen werden die Schweißnähte 13 wie
in der rechten Hälfte der 3 schematisch
dargestellt pro Schenkel 11 oder 12 jeweils in Form
einer V-Naht, genauer gesagt einer Halb-V-Naht erzeugt, wobei jeweils
eine Schweißnaht 13 die jeweils nächstbenachbarten
Schenkel 11 und 12 gemeinsam mit dem Mantel 1 verbindet.
Die Schweißnähte 13 können durch
abtragende Nachbearbeitung, beispielsweise Schleifen, zwischen den nächstbenachbarten
Schenkeln 11 und 12 als Hohlkehlen geformt werden,
um Kerbwirkungen zu vermeiden.
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4 zeigt
einen Umfangsabschnitt eines hinsichtlich des Querschnitts der Temperierkanäle 10a und 10b modifizierten
Walzenkörpers 1. Die Modifikation besteht darin,
dass die Rückströmkanäle 10b gegenüber
den Hinströmkanälen 10a einen kleineren
Strömungsquerschnitt aufweisen, so dass das Temperierfluid
die Rückströmkanäle 10b mit
einer größeren Strömungsgeschwindigkeit
als die Hinströmkanäle 10a durchströmt
und auf diese Weise die in den Rückströmkanälen 10b bereits
reduzierte Temperaturdifferenz zwischen dem Tempe rierfluid und dem
Mantel 1 zumindest teilweise kompensiert wird. Die Hinströmkanäle 10a entsprechen
den Hinströmkanälen 10a der 2 und 3.
Die Profile der Hinströmkanäle 10a sind
mit Pa und die Profile der Rückströmkanäle 10b mit
Pb bezeichnet. Die Profile Pb sind
ebenfalls Winkelprofile, im Ausführungsbeispiel L-Profile
mit zumindest im Wesentlichen rechtwinklig zueinander weisenden
Schenkeln 11 und 12. Die Profile Pb unterscheiden
sich von den Profilen Pa lediglich durch
die radiale Höhe bzw. die Länge der Schenkel 11 und 12,
die bei den Profilen Pb gegenüber
den Profilen Pa reduziert ist. Weitere Unterschiede
bestehen zu den Profilen P der 2 und 3 nicht.
Durch die reduzierte Schenkellänge bzw. radiale Höhe
rücken die Hinströmkanäle 10a in Umfangsrichtung
näher zueinander. Im Ergebnis wird wegen der reduzierten
radialen Höhe der Rückströmkanäle 10b dennoch
Raum für das Fügewerkzeug, im Ausführungsbeispiel
das Schweißwerkzeug, gewonnen. Die Zugänglichkeit
des Fügebereichs und die Überprüfbarkeit
der Schweißnähte 13 werden nochmals verbessert.
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5 zeigt
einen Umfangsabschnitt des Walzenkörpers 1 mit
einer anderen Modifikation in Bezug auf die Anordnung von Profilen
P. Sämtliche Profile P entsprechen den Profilen P im Ausführungsbeispiel
der 3 und den Profilen Pa des
Ausführungsbeispiels der 4. Hin-
und Rückströmkanäle 10a und 10b werden
somit wieder wie im Ausführungsbeispiel der 3 durch
jeweils im Querschnitt gleiche Profile P gebildet. Im Unterschied
zu den beiden anderen Ausführungsbeispielen sind die Schenkel 11 und 12 jedes
Profils P mittels jeweils einer eigenen separaten Verbindungsnaht 14 mit
dem Walzenkörper 1 verbunden. Die Profile P sind
von ihren beiden jeweils nächstbenachbarten Profilen P
in Umfangsrichtung des Walzenkörpers 1 entsprechend weit
beabstandet, so dass die Verbindungsnähte 14 pro
Schenkel 11 und 12 einzeln jeweils als V-Naht
erzeugt werden können. Aufgrund des vergrößerten Abstands
zwischen jeweils nächstbenachbarten Profilen P wird die
Zugänglichkeit beim Schweißen gegenüber
den beiden anderen Beispielen verbessert. Von diesem Unterschied
abgesehen entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 dem
Ausführungsbeispiel der 3.
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Aus
der Querschnittsdarstellung der 2 ergibt
sich auch die Querschnittsform der Trennstrukturen 8 und 9.
Die Trennstrukturen 8 entsprechen im Querschnitt bei gleichen
Profilen P dem in 2 freien Innenquerschnitt des
Mantels 1. Die beiden axial inneren Trennstrukturen 8 dichten
den Verteilerraum 6 auf der Zu- und Abführseite
und den Sammelraum 7 auf der gegenüberliegenden
Seite axial nach innen ab. Sie weisen einen bis zum Umfangsrand
geschlossenen Kreisquerschnitt auf und sind an ihrem äußeren
Umfangsrand entsprechend der Querschnittsform der Profile P und
in der modifizierten Ausführung der Profile Pa und
Pb gezackt, und mit den Profilen P und im
modifizierten Ausführungsbeispiel den Profilen Pa und Pb fest und
fluiddicht verbunden. Die axial äußeren Trennstrukturen 9 unterscheiden
sich von den axial inneren Trennstrukturen 8 insbesondere
im Verlauf ihres äußeren Umfangs, da sie nur noch
von den Profilen P oder Pb der Rückströmkanäle 10b durchragt
werden. Es fehlen, mit anderen Worten, bei den äußeren
Trennstrukturen 9 nur die Durchgänge für
die Profile P bzw. Pa für die Hinströmkanäle 10a.
Desweiteren ist in den äußeren Trennstrukturen 9 im
Ausführungsbeispiel je eine zentrale Durchbrechung vorgesehen,
auf der Zu- und Abführseite für das einströmende
und auf der gegenüberliegenden Seite für das den
Rückströmkanälen 10b zuzuführende
Temperierfluid. Nach axial außen werden der Sammelraum 7 auf
der Zu- und Abführseite und der Verteilerraum 6 auf
der gegenüberliegenden Seite vom jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 abgeschlossen.
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Zu
den Verteilerräumen 6 und Sammelräumen 7 ist
noch zu bemerken, dass diese im Ausführungsbeispiel noch
innerhalb des Mantels 1 gebildet sind. In einer Modifikation
könnte zumindest einer oder könnten beide axial äußeren
Räume 6 bzw. 7 im jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 gebildet
sein. In noch einer weiteren Modifikation können an einem axialen
Ende oder an beiden axialen Enden beide Räume 6 und 7 im
jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 gebildet sein.
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6 zeigt
eine Walze mit dem Profilsystem des Ausführungsbeispiels
der 4 und einem Verteiler- und Sammelsystem, dass
in den Zapfenflanschen 2 und 3 gebildet ist. Die 7 und 8 zeigen
die in 6 eingetragenen Querschnitte C-C und D-D. 9 zeigt
eine Ansicht auf die Zu- und Abführseite der Walze, die
in den 6 und 9 mit A bezeichnet ist. Die
Abführung 5 wird von mehreren gleichmäßig
um die zentrale Zuführung 4 verteilt angeordneten
axialen Zuführkanälen im Zapfenflansch 3 gebildet.
Das Fluid wird auf der Zu- und Abführseite durch die zentrale
Zuführung 4 zugeführt, im Zapfenflansch 2 über
Verbindungskanäle 4a nach außen in einen
peripheren als Verteilerraum 16 dienenden Ringkanal geleitet.
Die Verbindungskanäle 4a und der Verteilerraum 16 sind
im Zapfenflansch 3 gebildet. Die Hinströmkanäle 10a verbinden
den Verteilerraum 16 mit einem ebenfalls als Ringkanal
gebildeten Sammelraum 17, der am gegenüberliegenden
Ende der Walze im Zapfenflansch 2 gebildet ist. Von diesem
Sammelraum 17 führen Verbindungskanäle 4b in
einen zentralen Raum 18 im Zapfenflansch 2. Der Raum 18 ist über
weitere Verbindungskanäle 4c, die ebenfalls im
Zapfenflansch 2 gebildet sind, mit einem zweiten Verteilerraum 16 verbunden.
Der zweite Verteilerraum 16 ist im Zapfenflansch 2 ebenfalls
als Ringkanal gebildet. Der Verteilerraum 16 verteilt das Temperierfluid
in die Rückströmkanäle 10b,
die in einen Sammelraum 17 münden, der auf der
Zu- und Abführseite die Rückströmkanäle 10b über
Verbindungskanäle 4d mit der Abführung 5 verbindet.
Der Sammelraum 17 der Zu- und Abführseite ist
im Zapfenflansch 3 ebenfalls als Ringkanal gebildet. Die Verbindungskanäle 4a, 4b, 4c und 4d sind
im Zapfenflansch 2 oder 3 jeweils als radiale
Bohrungen gebildet, die die Verteiler- und Sammelräume 16 und 17 im
jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 mit der Zuführung 4 oder
der Abführung 5 oder dem Raum 18 verbinden.
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10 zeigt
eine weitere Walze mit der Konfiguration der Profile Pa und
Pb der 4 und einem in
den Zapfenflanschen 2 und 3 gebildeten Verteiler- und
Sammelsystem für das Temperierfluid. Die Zu- und Abführseite
entspricht dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 9.
Lediglich das gegenüberliegende Ende der Walze ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 9 modifiziert,
indem dort kein Verteilerraum, sondern nur ein Sammelraum 17 in
Form eines umlaufenden, in sich zurücklaufenden Ringkanals
im Zapfen 2 gebildet ist. Dieser Sammelraum 17 wird
nach radial außen vom Walzenkörper 1 abgeschlossen,
wie dies auch für die Verteiler- und Sammelräume 16 und 17 des
Ausführungsbeispiels der 6 bis 9 der
Fall ist. Das Fluid wird wie dort durch die zentrale Zuführung 4 zugeführt, über die
Verbindungskanäle 4a nach außen in den
Verteilerraum 16 der Zu- und Abführseite geleitet
und gelangt von dort in die Hinströmkanäle 10a.
Das die Hinströmkanäle 10a durchströmende
Temperierfluid wird auf der gegenüberliegenden Seite im
Sammelraum 17 gesammelt und strömt durch die Rückströmkanäle 10b zur
Zu- und Abführseite zurück, wird im dortigen Sammelraum 17 gesammelt
und über die Verbindungskanäle 4d und
die Abführung 5 wieder im Kreislauf zwecks Temperierung
zurückgeführt. Zu dem Verteilerraum 16 der
Zu- und Abführseite beider Ausführungsbeispiele
ist noch zu bemerken, dass sämtliche Hinströmkanäle 10a mit
diesem Verteilerraum 16 verbunden sind, sämtliche
Rückströmkanäle 10b jedoch durch
diesen Verteilerraum 16 hindurch bis zu dem Sammelraum 17 der
Zu- und Abführseite geführt sind. Im Ausführungsbeispiel
der 6 bis 9 münden sämtliche
Hinströmkanäle 10a in den Sammelraum 17 auf
der Seite des Zapfenflansches 2, während sämtliche
Rückströmkanäle 10b fluidisch getrennt
durch diesen Sammelraum 17 hindurchgeführt sind
und in den dortigen Verteilerraum 16 münden. Im
Ausführungsbeispiel der 10 münden
hingegen sämtliche Hin- und Rückströmkanäle 10a und 10b in
den Sammelraum 17 auf der Seite des Zapfenflansches 2.
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13 zeigt
einen Ausschnitt einer Walze mit einem geschweißten Verteiler-
und Sammelsystem. Dargestellt ist lediglich ein Ausschnitt des Walzenendes
mit dem Zapfenflansch 3. Das Verteiler- und Sammelsystem
wird mit Verbindungsrohren und Verteilringen erhalten, die miteinander
verschweißt sind. Die Verbindungsrohre bilden Verbindungskanäle 4a funktional
wie bei den Ausführungsbeispielen der 6 bis 12.
Die Verbindungsrohre sind daher ebenfalls mit 4a bezeichnet.
Erkennbar ist ferner ein Verteilerring 16, der an die Rohre 40 und
den Walzenkörper 1 sowie die Profile P angeschweißt
ist. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Anordnung
der Profile P dem Ausführungsbeispiel der 3 entspricht.
Mit 19 ist ein zentraler Verteilertopf bezeichnet, der
fest mit dem Zapfenflansch 3 verbunden ist, beispielsweise
verschraubt, und dem Anschluss der Verbindungsrohre 4a an
die Zuführung 4 dient. Falls der Zapfenflansch 3 wie
in den anderen Ausführungsbeispielen sowohl der Zuführung
als auch der Abführung des Temperierfluids dient, kann in
dem Verteilertopf 19 ein weiterer Verteilertopf angeordnet
sein, in den geschweißte Rohre zur Bildung der Verbindungskanäle 4d der
Ausführungsbeispiele der 6 bis 12 führen.
In alternativen Ausführungen kann das Temperierfluid jedoch
auch an der gegenüberliegenden Seite durch den Zapfenflansch 2 abgeführt
werden. In derartigen Ausführungen sind auf der Seite des
Zapfenflansches 3 somit nur das Verteilersystem und an
der gegenüberliegenden Seite nur das Sammelsystem gebildet.
Das Sammelsystem entspräche konstruktiv dem Verteilersystem
der Zuführseite. Mit 20 ist ein Druckausgleichsspalt
bezeichnet.
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Obgleich
das Verteiler- und Sammelsystem vorzugsweise entweder nur mit Trennscheiben
oder in den Zapfenflanschen geformten Verteiler- oder Sammelräumen
oder nur als geschweißtes Verteiler- und Sammelsystem gebildet
ist, sollen Mischformen der unterschiedlichen Verteiler- und Sammelsysteme nicht
ausgeschlossen werden, beispielsweise die Bildung eines Verteiler-
oder Sammelraums an einem Walzenende mittels einer oder mehrerer
Trennscheiben und die Formung eines Verteilerraums oder Sammelraums
am anderen Walzenende im dortigen Zapfenflansch. So kann beispielsweise
das Walzenende der Zu- und Abführseite entsprechend dem Ausführungsbeispiel
der 1 und das gegenüberliegende Walzenende
dem Ausführungsbeispiel der 6, der 10 oder
der 13 entsprechend ausgebildet sein. Ferner kann
das Walzenende mit dem Zapfenflansch 2 der 6 beispielsweise
gegen das geschweißte System der 13 oder
das Trennscheibensystem beim Zapfenflansch der 1 ersetzt
werden, um nur einige Beispiele zu nennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7097605 [0002]
- - US 2932091 [0002, 0002]