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Die Erfindung betrifft einen Trockenzylinder einer Maschine zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen. Der Trockenzylinder umfasst einen Trockenzylindermantel mit einer inneren Mantelfläche, die einen mit Dampf beheizbaren Trockenzylinderinnenraum symmetrisch zu einer Trockenzylinderachse umgibt, wobei die innere Mantelfläche zumindest einen Ringbereich mit mehreren, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Kondensatleitflächen, zur Abführung des aus dem Dampf entstandenen Kondensats, aufweist.
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Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Das Dokument
WO 97/21969 beschreibt eine mit Dampf beheizbare Walze mit an der inneren Mantelwand eingebauten Einrichtungen, welche Kanäle in Längsrichtung der Walze bilden. Die Kanäle sind zur Walzenmitte hin geneigt und münden dort in einen Ringkanal zur Aufnahme des Kondensats. Im Ringkanal ist ein Siphon zur Ableitung des Kondensates über eine zentrale Sammelleitung vorgesehen.
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Vorrichtungen dieser Art haben den Nachteil, dass die Wärme, über die Länge der Walze gesehen, unterschiedliche thermische Widerstände überwinden muss. So ist bei der im Dokument
WO 97/21969 angegebenen Lösung die Kondensatschichtdicke im mittleren Bereich der Walze wesentlich größer als an den Rändern. Die Folge ist ein ungleichmäßiger Wärmestrom an die äußere Mantelfläche der Walze. Am Beispiel eines Trockenzylinders einer Papiermaschine erfolgt daher keine über die Fläche gleichmäßige Trocknung der Papierbahn. Dies gilt besonders für unterschiedliche Papierproduktionen, wenn unterschiedliche Trocknungsleistungen gefordert sind. Die Folgen sind Qualitätseinbußen der produzierten Papierbahn, wie beispielsweise Blasen und Falten und eine Verminderung der Trocknungseffizienz der gesamten Trocknungsvorrichtung.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Trocknungswirkung eines Trockenzylinders, insbesondere eines langen Trockenzylinders, hinsichtlich der Gleichmäßigkeit und der Effizienz bei der Trocknung einer Materialbahn, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird für einen Trockenzylinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass beidseitig des zumindest einen Ringbereiches Umfangskanäle, zur Aufnahme des durch die Kondensatleitflächen abgeführten Kondensats, angeordnet sind.
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Durch diese Lösung wird das Kondensat eines Ringbereiches auf mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Kanäle verteilt. Das Sammeln des Kondensates von zwei Ringbereichen in nur einem Kanal wird dadurch vermieden. Somit wird die Kondensatringdicke beziehungsweise der Kondensatfilm dünner und die Unterschiede des thermischen Widerstandes im Bereich der Heizfläche geringer. Der dünnere Kondensatfilm reduziert auch den durchschnittlichen Wärmeleitwiderstand des Kondensatfilms. Dies ermöglicht gegenüber den bekannten Trockenzylindern einerseits die Reduzierung des Dampfdruckes bei gleicher Trocknungsleistung oder eine Steigerung der Trocknungsleistung bei gleichem Dampfdruck anderseits.
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In einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung sind die Kondensatleitflächen Teil von beispielsweise axial verlaufenden Rillen, in welchen das Kondensat geleitet wird. Mindestens eine Fläche der Rille bildet eine Kondensatleitfläche. Die Rillen sind vorzugsweise in die innere Mantelfläche des Trockenzylindermantels, beispielsweise durch spanabhebende Verfahren eingearbeitet. Die Rillen können, in Fließrichtung des Kondensats gesehen, verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Die Querschnitte können rund, dreieckig, quadratisch, rechteckig oder trapezförmig und Mischformen daraus sein.
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Die Kondensatleitflächen kommen mit dem Kondensat in Berührung und leiten es in die Umfangskanäle.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kondensatleitflächen durch beispielsweise axial verlaufende Rippen auf der inneren Mantelfläche des Trockenzylinders gebildet. Die Rippen können dabei in den Ringbereichen auf die innere Mantelfläche des Trockenzylinders, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten, Schweißen, Klemmen oder Umformen aufgebracht sein. In dieser speziellen Ausführungsform können die Kondensatleitflächen durch die zum Trockenzylinderinnenraum weisenden Flächen der Rippen gebildet sein. Diese Flächen können parallel zur jeweiligen Tangentialebene im Kontaktbereich einer Rippe mit der inneren Mantelfläche sein. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in einer einfach und flexibel ausführbaren Gestaltung der Kondensatleitflächen. So ist es möglich, die Kondensatleitflächen in Umfangsrichtung des Ringbereiches zur Tangentialebene zu neigen. Dadurch bekommt die Fließrichtung des Kondensats eine Komponente in Umfangsrichtung.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Kondensatleitflächen zur Trockenzylinderachse in radialer Richtung um einen Winkel (A) geneigt. Die Kondensatleitflächen sind also in axialer Richtung des Ringbereiches gesehen zur Tangentialebene um einen Winkel (A) geneigt. Dies ermöglicht die Festlegung der Fließrichtung des Kondensats in axialer Richtung im Bereich der Kondensatleitflächen.
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In einer praktischen Ausführung ist der Winkel (A) kleiner als 20°, insbesondere kleiner als 15°, vorzugsweise kleiner als 10°.
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Besonders vorteilhaft ist die Lösung, wenn die, in Umfangsrichtung gesehen, benachbarten Kondensatleitflächen abwechselnd gegensinnig um jeweils den Winkel (A) und den Winkel (–A) geneigt sind. Die axiale Fließrichtung des Kondensats wechselt dadurch zwischen benachbarten Kondensatleitflächen innerhalb eines Ringbereiches. Der Wärmstrom durch den Trockenzylindermantel wird dadurch vergleichmäßigt. Unterschiede im Wärmestrom in axialer Richtung im Bereich einer einzelnen Kondensatleitfläche gleichen sich mit denen der benachbarten Kondensatleitflächen in Umfangsrichtung aus.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der zumindest eine Ringbereich eine Breite von gleich oder weniger als 1,5 m, insbesondere kleiner als 1 m, vorzugsweise kleiner als 0,8 m auf. Dadurch kann der Wärmstrom durch den Trockenzylindermantel vergleichmäßigt werden.
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In einer bevorzugten praktischen Ausführung sind mehrere, in axialer Richtung nebeneinander liegende Ringbereiche über die gesamte innere Mantelfläche vorgesehen.
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Ferner ist es möglich, dass die in axialer Richtung gesehen, gegenüber liegenden Kondensatleitflächen benachbarter Ringbereiche gleich oder gegensinnig zu der Trockenzylinderachse geneigt sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist jedem Umfangskanal jeweils mindestens eine Kondensatableitvorrichtung zur Abführung von Kondensat vorgesehen.
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Die Kondensatableitvorrichtungen sind als Siphon ausgeführt.
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In einer weiteren möglichen praktischen Ausführungsform münden die Kondensatableitvorrichtungen in ein Kondensatsammelrohr. In diesem wird das Kondensat aus dem Trockenzylinder heraus und dem Kondensat- und Dampfsystem zugeführt.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Kondensatleitflächen parallel zur Trockenzylinderachse, das heißt axial, angeordnet.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltungsvariante sind die Kondensatleitflächen um einen Winkel zur Richtung der Trockenzylinderachse in Umfangsrichtung geneigt angeordnet. Die Kondensatleitflächen sind also so angeordnet, dass das Kondensat nicht ausschließlich in axialer Richtung des Trockenzylinders strömt, sondern neben der axialen und radialen Strömungskomponente, eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung besitzt. Dies kann insbesondere bezüglich einer effizienten Kondensatabfuhr vorteilhaft sein.
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Vorteilhafterweise liegt der Winkel der Kondensatleitflächen zur Richtung der Trockenzylinderachse im Bereich zwischen +60° und –60°, vorzugsweise zwischen +45° und –45°, insbesondere zwischen +30° und –30°.
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In einer möglichen Ausgestaltungsform sind die Winkel der Kondensatleitflächen zur Richtung der Trockenzylinderachse für die verschiedenen Ringbereiche gleich und/oder unterschiedlich. Das heißt, in einer Variante kann ein Teil der Ringbereiche, beispielsweise der in axialer Richtung gesehene mittlere Bereich des Trockenzylinders, mit gleichen Winkeln ausgeführt sein, während in den Randbereichen die Ringbereiche andere Winkel aufweisen. Es ist auch denkbar, dass innerhalb eines Ringbereiches unterschiedliche Winkel ausgeführt sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Es zeigen
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1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trockenzylinders in teilweise geschnittener Darstellung;
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2 eine Ansicht der Ausführungsform nach 1 entsprechend des Schnittes A-A.
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3 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform entsprechend des Schnittes A-A der 1.
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Der Trockenzylinder 1 in 1 weist einen Trockenzylindermantel 2 sowie an den Enden jeweils einen Trockenzylinderstirndeckel 4 auf. Die innere Mantelfläche 3 umschließt den Trockenzylinderinnenraum 17, der über einen nicht dargestellten Dampfkopf mit Dampf als Heizmedium versorgt wird. Über einen Teil der äußeren Mantelfläche wird eine zu trocknende Materialbahn in direktem oder indirektem Kontakt geführt. Während des Trocknungsvorganges kondensiert der Dampf an der inneren Mantelfläche 3 und gibt dadurch Kondensationswärme ab. Das gebildete Kondensat sammelt sich an den Kondensatleitflächen 7, 8 und wird von diesen zu den Umfangskanälen 15 geleitet. Zwischen den Umfangskanälen 15 ist jeweils ein Ringbereich 18 vorgesehen, in dem die Kondensatleitflächen 7 angeordnet sind. Die Ringbereiche 18 erstrecken sich über die gesamte innere Mantelfläche 3. Die Kondensatleitflächen 7, 8 sind durch Rippen 5, 6 auf der inneren Mantelfläche 3 des Trockenzylinders 1 gebildet. Die Rippen 5, 6 können dabei in den Ringbereichen auf die innere Mantelfläche 3 des Trockenzylinders 1, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten, Schweißen, Klemmen oder durch Umformen oder Gießen aufgebracht sein. In dieser speziellen Ausführungsform sind die Kondensatleitflächen 7, 8 durch die zum Trockenzylinderinnenraum 17 weisenden Flächen der Rippen gebildet. Die in Umfangsrichtung benachbarten Kondensatleitflächen 7 beziehungsweise 8 sind zur Trockenzylinderachse 16 um einen Winkel (+A) 19 beziehungsweise um den Winkel (–A) 20 geneigt. Die Wahl der Winkel bestimmt die Kondensatfließrichtung 13, 14 in axialer Richtung. Im vorliegenden Beispiel sind die Kondensatfließrichtungen 13 auf den Kondensatleitflächen 7 den Kondensatfließrichtungen 14 auf den Kondensatleitflächen 8 entgegengesetzt. Dadurch wird ein gleichmäßiger Wärmestrom durch den Trockenzylindermantel 2 hindurch begünstigt. In jedem Umfangskanal 15 ist mindestens ein Kondensatableitrohr 10 zur Ableitung des Kondensats vorgesehen. Das jeweilige Kondensatableitrohr 10 erstreckt sich vom jeweiligen Umfangskanal 15 radial nach innen zu einem Kondensatsammelrohr 9. Die Kondensatfließrichtung 11 ist von der inneren Mantelfläche 3 zum Kondensatsammelrohr 9 hin gerichtet. Das Kondensat aller Kondensatableitrohre 10 wird im Kondensatsammelrohr 9 gesammelt und aus dem Trockenzylinderinnenraum 17 heraus und zurück zum Kondensat- und Dampfsystem geführt.
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Die 2 zeigt eine Ansicht der Ausführungsform nach 1 entsprechend des Schnittes A-A. Die Bezugsziffern entsprechen denen in 1. Aus dieser Darstellung werden die gegenläufigen Kondensatfließrichtungen 13, 14 auf benachbarten Kondensatleitflächen 7, 8 eines Ringbereiches 18 deutlich. Die Kondensatleitflächen 7, 8 sind in axialer Richtung des Trockenzylinders 1 angeordnet. Die Kondensatfließrichtungen 13, 14 sind daher ebenfalls axial ausgerichtet, wobei sie eine radiale Strömungskomponente, entsprechend dem Neigungswinkel (+A), (–A) 19, 20 der Kondensatleitflächen 7, 8 besitzen. Eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung tritt bei dieser Variante im Bereich der Kondensatleitflächen 7, 8 nicht auf.
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In der 3 ist eine zur 2 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Kondensatleitflächen 7, 8 dargestellt. Die Kondensatleitflächen 7, 8 sind zusätzlich zur Richtung der Trockenzylinderachse 16 in Umfangsrichtung um einen Winkel B 21 gedreht angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzen die Kondensatfließrichtungen 13, 14 eine axiale und eine radiale Strömungskomponente und eine Strömungskomponente in Umfangsrichtung. In diesem Beispiel ist der Winkel B 21 für alle Kondensatleitflächen 7, 8 innerhalb eines Ringbereiches 18 gleich. Der Winkel (A) benachbarter Kondensatleitflächen 7, 8 wechselt zwischen den Winkeln +A und –A und der Winkel B 21 wechselt zwischen benachbarter Ringbereiche zwischen +B und –B, wobei die Winkel (–A), (+A) 19, 20 in diesem Beispiel 10° und der Winkel B 30° beträgt.
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In den 1, 2, 3 gelten für einander entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trockenzylinder
- 2
- Trockenzylindermantel
- 3
- innere Mantelfläche
- 4
- Trockenzylinderstirndeckel
- 5
- Rippe
- 6
- Rippe
- 7
- Kondensatleitfläche
- 8
- Kondensatleitfläche
- 9
- Kondensatsammelrohr
- 10
- Kondensatableitrohr, Siphon
- 11
- Kondensatfließrichtung
- 12
- Kondensatfließrichtung
- 13
- Kondensatfließrichtung
- 14
- Kondensatfließrichtung
- 15
- Umfangskanal
- 16
- Trockenzylinderachse
- 17
- Trockenzylinderinnenraum
- 18
- Ringbereich
- 19
- Winkel (+A)
- 20
- Winkel –A
- 21
- Winkel (+B)
- 22
- Parallele zur Trockenzylinderachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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