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Die Erfindung betrifft eine heiz- oder kühlbare Walze mit einer drehbaren Tragachse, die in einem Ständer über an die Tragachse befestigten Zapfen gelagert wird, mit einem und auf der Tragachse abgestützten Walzenmantel, der mitsamt der Tragachse drehbar ist, und mit wenigstens einer Heiz- oder Kühlvorrichtung, welche über den Walzenzapfen, Zapfenflansch oder Zapfenscheibe und flexible Schläuche (z. B. Metall-Wellschläuche) an den Walzenmantel angeschlossen ist, um der Walze Heiz- oder Kühlmedium zu- bzw. abzuführen.
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Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der Papier- und papierverarbeitenden Industrie, sind verschiedene Walzensysteme bekannt, wobei durch eine geeignete Walzenmantelabstützung die Durchbiegung der Walze in weitgehend zufriedenstellendem Maße erreicht wird. Solche Walzen können mit einem Heiz- oder Kühlsystem ausgestattet sein.
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Die
US 31 38 089 A beschreibt eine beheizbare Walze, deren Durchbiegung mittels einer in die Walze hineinragenden Trommelkonsole kompensiert wird. Allerdings erfolgt die eigentliche Lagerung der Walze außerhalb des Walzenkörpers und die Stützstelle zwischen Walzenmantel und Trommelkonsole ist durch den eingebrachten Dampf als Heizmedium thermisch stark belastet.
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Die
DE 32 47 239 A1 beschreibt eine beheizbare Walze mit fester Tragachse und mit einem Drei-Laufring-Lager, wobei flexible Schläuche zwischen dem mittleren Laufring und dem Walzenmantel angeordnet sind, um das Heizmedium von der Heizvorrichtung zu übertragen. Durch den eingebrachten Dampf in den mittleren Laufring des Lagers, wird die ganze Lagerung thermisch hoch belastet.
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Bekannt sind auch Walzen, bei denen außerhalb des Walzenmantels flexible Anschlüsse von einer zentrischen Medienzufuhr (in der Achse) radial nach außen führen. Dazu führen Bohrungen in die Achse oder zapfenartige Fortsätze der Achse radial hinein und schwächen dabei das Material erheblich. Da hier der gesamte Medienstrom über eine Zufuhr und eine Abfuhr und im Bereich geringen Achsendurchmessers geführt wird, sind die schwächenden Bohrungen jedenfalls für die Dampfzufuhr auch recht groß. Außerdem ist der Platzbedarf für diese Anbindung zwischen Lager und Walzenmantel nachteilig groß.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2009 048 004 B3 ist eine Walze bekannt, deren Walzenmantel Heiz- oder Kühlkanäle aufweist und sich auf einer drehbaren Tragachse abstützt, wobei das Heiz- oder Kühlmedium dem Walzenmantel über flexible Schläuche zu-/abgeführt wird, welche durch einen Zwischenring geführt werden, der sich zwischen der Tragachse und dem Innenring des Lagers befindet. Diese Bauart ist für neue Maschinen geeignet, aber ungünstig auf Grund des aufwendigeren und damit teuren Lagers.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Heiz- oder Kühlsystem für Walzen anzubieten, bei denen der Walzenmantel zusammen mit der Tragachse rotiert, und die eine einfache Beaufschlagung der Walze mit einem Heiz- oder Kühlmedium ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Walzensystem nach Anspruch 1.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die optimale Wirkung einer Walze, z. B. beim Papierkalander oder bei einer einseitigen Wellpappenmaschine, erreicht wird mit einer über die ganze Walzenbreite gleichmäßigen Druckerzeugung auf die zu behandelnde Bahn und bei gleichzeitiger Beheizung oder Kühlung der Walze.
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Erfindungsgemäß erfolgt die flexible Anbindung des Walzenmantels an die Versorgung auf der der Walze zugewandten Seite des Lagers, indem dort flexible Leitungen zwischen dem Walzenmantel und dem Walzenzapfen angeordnet sind. Der Walzenzapfen führt die Zu- und Abfuhrleitungen vom Dichtkopf durch das Lager hindurch, so dass dieses von vergleichsweise einfacher Bauart sein kann. Insbesondere der Austausch des Lagers oder die Entnahme der Walzenachse wird so erheblich erleichtert.
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Um die Heiz- oder Kühlbarkeit der Walze gewährleisten zu können, wird der Walzenmantel mit vorzugsweise über die gesamte Länge verteilten Kanälen ausgerüstet, die zweckentsprechend die Beaufschlagung der Walze mit Heiz- oder Kühlmedien zulassen, wie auch in den Figuren deutlich dargestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird das Medium über einen flanschartigen Verteiler geführt, der das Medium radial nach außen führt und dort zur (direkten oder indirekten) Anbindung an den Walzenmantel bereitstellt. Der Verteiler kann innerhalb der Walze sitzen, und dann als Zapfenflansch über flexible Verbindungen und einen stirnseitig der Walze sitzenden, weitgehend ringförmigen Walzenmantelanschluss (Anschlusselement) in die Kanäle des Walzenmantels einspeisen. Alternativ kann der flanschartige Verteiler auch in Form eines stirnseitigen Anschlusselements als Zapfenscheibe ausgebildet sein, von dem dann die flexiblen Anschlusselemente zum Walzenmantel führen.
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Das Anschlusselement ist mit Zu- und Abführkanälen versehen, und am gegenüberliegenden Walzenden ist ein Umlenkflansch mit Umlenkkanäle für den Umlauf des Heiz- oder Kühlmediums angeordnet.
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Eine Heiz- oder Kühlmediumsstation (stationärer Dichtkopf), die für die Versorgung und den Rücklauf des Mediums von und zur Walze bestimmt ist, hat zwei mediumsleitende rotierende Rohre, von denen das Medium über einen Walzenzapfen und einen zugehörigen Zapfenflansch oder einer zugehörige Zapfenscheibe der Walze zu- bzw. von dieser abgeführt wird.
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Die rotierende Tragachse der Walze ist zu beiden Seiten des Walzenmantels in einem Ständer oder eine sonstigen ortfesten Vorrichtung gelagert. Die Zu- und Abführung des Mediums für den Walzenmantel erfolgt – ausgehend vom Dichtkopf – über einen Walzenzapfen und ein Anschlusselement. Das Anschlusselement ist entweder
- a) als Walzenmantelanschluss starr mit dem Walzenmantel und über flexible Schläuche mit dem flanschartigen Verteiler, nämlich dem Zapfenflansch, oder
- b) als Zapfenscheibe starr mit dem Walzenzapfen und über flexible Schläuche mit den Walzenmantelkanälen
verbunden.
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Im Fall a) strömt das Medium im Zapfenflansch radial nach außen. Dort (in radialer Richtung) ist ausreichend Material vorhanden, um die Konstruktion nicht durch die radialen Bohrungen zur Anbindung an die zentrische Medienversorgung zu schwächen. Der Zapfenflansch ist über flexible Leitungen mit dem Walzenmantelanschluss verbunden, der seinerseits fest mit dem Walzenmantel verbunden ist und ihm das Medium zuführt bzw. entnimmt Im Fall b) bildet die Zapfenscheibe diesen stabilen Flansch und zugleich das Anschlusselement und führt in radialer Richtung das Medium möglichst bis an den Walzenmantel heran und steht über flexible Leitungen, die vorzugsweise achsparallel verlaufen, mit dem Mantel in Verbindung.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik treten bei den flanschartigen Verteilern (Zapfenscheibe oder Zapfenflansch) keine kritischen Lasten bzw. Spannungen im Bereich geringeren Durchmessers auf, das der gegenüber der Achse radial erweiterte Flansch stabiler ausgebildet ist. Zugleich dienen die Kanäle im Flansch als Leitungen in radialer Richtung nach außen. Erfindungsgemäß wird das Medium also im Inneren von flanschartigen radialen Erweiterungen in Richtung zum/vom Walzenmantel geführt, wodurch eine besonders stabile und platzsparende Bauweise möglich wird.
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Die Verbindungen zwischen den verzweigenden und verteilten Kanälen des Zapfenflansches und dem Walzenmantelanschluss bzw. der Zapfenscheibe und den Walzenmantelkanalen sind zweckmäßigerweise flexibel ausgeführt, um keine unerwünschten Spannkräfte zwischen Zapfenflansch oder Zapfenscheibe einerseits und Walzenmantel andererseits zu verursachen, die etwa auf Grund von Schwenkbewebungen oder Verformungen des Walzenmantels auftreten könnten.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der Walze,
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2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Variante der Walze,
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3 eine konkrete Ausführungsform im Sinne der 1,
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4 ein Detail der 3,
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5 einen Schnitt längs der Linie V-V in 3,
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6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in 3,
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7 ein Montage-Detail der Rohrverschraubung;
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8 eine abgewandelte Ausführungsform in 4,
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9 eine konkrete Ausführungsform im Sinne des Details IX der 2,
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10 ein Detail der elastischen Verbindung, und
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11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in 10.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Walze 1. Der Walzenkörper 2 besteht aus einen Walzenmantel 3, welcher sich über einen Rundsteg 5 im Walzeninneren und in der Walzenmitte auf der drehenden Tragachse 4 abstützt und mitsamt dieser um eine Rotationsachse drehbar ist. Die Tragachse 4 ist mit zwei Walzenzapfen 7, 9 verbunden, die über zwei Lager 10, 12 in Ständern 11, 13 gelagert sind. Eine Heiz- oder Kühlmediumsstation (stationärer Dichtkopf 51) mit Ein- und Auslaufanschluss 52, 53 für das Mediums ist mit dem Walzenzapfen 7 verbunden.
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Über die Gesamtlänge des Walzenmantels 3 verteilt sind Vorlaufkanäle 35 und Rücklaufkanäle 40 vorgesehen, die sich über den Umfang des Walzenmantels 3 abwechseln. Ein als Walzenmantelabschluss 14 ausgebildetes Anschlusselement dient als seitliche Abdeckung bzw. Begrenzung des Walzenmantels. Dem Anschluss 14 am anderen Walzenende gegenüberliegend kann ein weiterer Abschluss als Umlenkflansch 15 ausgebildet sein, der die Vorlaufkanäle 35 über Kanäle 36, 37, 38, 39 mit den Rücklaufkanälen 40 verbindet, so dass das Medium dort wieder zur Seite des ersten Endbereichs zurückgelenkt wird.
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Der Walzenmantelabschluss 14 ist mit Zufuhrkanälen 47, 48, 49 und Abfuhrkanälen 30, 31, 32 ausgestattet, welche das dem Anschluss 14 zugeführte Medium in die Vorlaufkanäle 35 aufteilt bzw. aus den Rücklaufkanälen 40 vereint und zur Verbindung mit dem Zapfenflansch 6 bereitstellt. Der Zapfenflansch 6 ist hier das flanschartige und zugleich stabile Verteilelement, welches das Medium radial nach außen führt. Der Walzenmantelanschluss 14 und der Umlenkflansch 15 werden am Walzenmantel 2 befestigt.
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Erfindungsgemäß verbinden die flexiblen Schläuche 43, 44 den Zapfenflansch 6 mit dem Walzenmantelanschluss 14 und dienen unter anderem zum Ausgleich einer möglichen Schwenkbewegung zwischen Zapfenflansch 6 und Walzenmantelanschluss 14.
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In schematischer Darstellung ist die Führung des Heiz- oder Kühlmediums durch den Walzenmantel 3 angedeutet. Das Heiz- oder Kühlmedium wird am Anschluss des Mediumseinlaufs 52 des stationären Dichtkopfs 51 eingespeist und strömt weiter über den Einlaufkanal 20 des Walzenzapfens 7 in mehrere Kanäle 26, 27 des Zapfenflansches 6. Über die flexiblen Schläuche 43 und die Einlaufkanäle 47, 48, 49 des Walzenmantelanschlusses 14 erreicht das Medium die Vorlaufkanäle 35 des Walzenmantels 3.
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Am Walzenende wird das Medium über die Kanäle 36, 37, 38, 39 des Umlenkflansches 15 in die Rücklaufkanäle 40 des Walzenmantels 3 zurückgeführt. Durch die Abfuhrkanäle 30, 31, 32 des Walzenmantelanschlusses 14, die flexiblen Schläuche 44 und die Rücklaufkanäle 28, 29 des Zapfenflansches 6 wird das Medium über das Rücklaufrohr 50 zum Anschluss des Mediumauslaufs 53 des stationären Dichtkopfs 51 geleitet.
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In den 3, 4, 5 und 6 ist eine konkretisierte Ausführungsform der Walze 1 im Sinne der 1 gezeichnet. Bei dieser ist wieder ein Walzenmantel 3 mit den Zulauf- und Rücklaufkanälen 35, 40, dem Walzenmantelanschluss 14 mit den Zufuhrkanälen 47, 48, 49 und den Abfuhrkanälen 30, 31, 32, der Dichtung 25, dem Umlenkflansch 15 mit den Kanälen 36, 37, 38, 39 sowie mit den Befestigungsschrauben 18 zu erkennen. Im Lagerbereich ist der Ständer 11, die Lagerung 10, der Walzenzapfen 7 mit dem Einlaufkanal 20 und dem Rücklaufrohr 50 sowie der Zapfenflansch 6 mit den Einlaufkanäle 26, 27, den Rücklaufkanäle 28, 29 und mit dem Sammelkanal 21 und die Verschlussschraube 22 gezeichnet. Der Zapfenflansch 6 wird mit den Schrauben 19 an der drehenden Walzentragachse 14 befestigt.
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Der stationäre Dichtkopf 51, schon bekannt bei herkömmlichen beheizten Walzensystemen, wird z. B. mit dem Anschluss des Mediumseinlaufs 52 und mit dem Anschluss des Mediumsauslaufs 53 ausgerüstet. Die flexiblen Schläuche 43 (z. B. Metall-Wellschläuche) werden mit den Zufuhrkanälen 47 des Walzenmantelanschlusses 14 und mit den Kanälen 27 des Zapfenflansches 6 verbunden. Die flexiblen Schläuche 44 verbinden die Abfuhrkanäle 30 des Walzenmantelanschlusses 14 mit den Rücklaufkanälen 29 des Zapfenflansches 6.
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5 zeigt die Einlaufkanäle 47, 48, 49 und die Rücklaufkanäle 30, 31, 32 des Walzenmantelanschlusses 14, die zur Zu- und Abführung des Heiz- oder Kühlmediums bestimmt sind.
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6 zeigt den Schnitt VI-VI in 3, wobei die im Umlenkflansch 15 ausgebildeten Kanäle 36, 37, 38, 39 angedeutet, bzw. beschriftet sind, welche die Umlenkung des Heiz- oder Kühlmediums von den Zulauf- in die Rücklaufleitungen des Walzenmantels bewirken.
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Die Darstellung in 3 und 4 zeigt zwischen Walzenmantelanschluss 14 und Walzenmantel 3 zwei Halbringe (Zwischenteil I 16 und Zwischenteil II 17), die mit den Ein- 33 und Rücklaufkanälen 34 ausrüstet sind, sowie die Dichtungen 23, 24.
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In der 7 sind die Zwischenteile 16, 17 ausgebaut, um den nötigen Zugang für die Montage der Rohrverschraubungen 45, 46 zu schaffen.
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In den 3 bis 6 ist die Führung in der Walze 1 des Heiz- oder Kühlmediums noch deutlicher dargestellt. Das Medium, z. B. Dampf, dringt über den Anschluss des Mediumeinlaufs 52 in den stationären Dichtkopf ein und durch den Einlaufkanal 20 strömt es in die Einlaufkanäle 26, 27 des Zapfenflansches 6. Der Dampf wird über die flexiblen Schläuche 43 und die Zufuhrkanäle 47, 48, 49, 33 geleitet und gelang weiter in die Einlaufkanäle 35 des Walzenmantels 3. Über die Kanäle 36, 37, 38, 39 des Umlenkflansches 15 strömt der Dampf in die Rücklaufkanälen 40 und fließt weiter als Kondensat durch die Abfuhrkanäle 34, 32, 31, 30, durch die flexiblen Schläuche 44 und durch die Rücklaufkanäle 29, 28 des Zapfenflansches 6 zum Sammelkanal 21. Zum Schluss wird das Kondensat vom Sammelkanal 21 über das Rücklaufrohr 50 zum Anschluss des Medienauslaufs 53 abgeführt.
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8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Walze 1. Der Walzenmantelanschluss 54, der fest am Walzenmantel 3 befestigt ist, ist für jeden Ein- und Rücklaufkanal 48, 31 mit einer Übergangskammer 63, 64 und mit einer Verschlussplatte 62 ausgestattet. Die Rohre 55 sind mit Flansch 56, Zapfen mit Gewinde 57 und Löchern 58 ausgestattet und sind dicht mit den flexiblen Schläuchen 43, 44 verbunden. Die Schraube mit Flansch 60 befestigt das Rohr 55 und drückt mit eigenem Flansch und dem Flansch 56 des Rohres 55 auf die Dichtungen 59, 61, um die Übergangskammer 63, 64 abzudichten.
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Im Wesentlichen stimmt die Walzenfunktion von 8 mit der Darstellung gemäss 3 überein, nur dass das eingelaufene Medium von den Einlaufkanälen 26, 27 über die flexiblen Schläuche 43 durch das Rohr 55 strömt und weiter über die Löcher 58 des Rohres 55 in die Übergangskammer 63 gelangt, welche das Medium zum Einlaufkanal 48 weiterleitet. Beim Rücklauf strömt das Medium vom Abfuhrkanal 31 über die Übergangskammer 64 und die Löcher 58, durch das Rohr 55 und die flexible Schläuche 44 und gelangt weiter in die Rücklaufkanäle 29, 28.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer abgewandelten Variante der Erfindung, wobei der Walzenzapfen 7 mit dem zugehörigen Zapfenflansch 6 sowie der Walzenmantelanschluss 14 mit zugehörigem Verbindungssystem zwischen Zapfenflansch 6 und Walzenmantelanschluss 14 von 1 ersetzt wurden, so dass die Walze 1 mit einem Walzenzapfen 7' mit Scheibe (Zapfenscheibe 72) ausgestattet wird. Hier bildet die Zapfenscheibe das Anschlusselement und zugleich das flanschartige und zugleich stabile Verteilelement zur Führung des Mediums in radialer Richtung. Der Walzenzapfen 7' ist verbunden mit dem Zapfenflansch 6' und dem Zapfenscheibeanschluss 72, welcher mit Einlaufkanälen 26', 27' und Rücklaufkanälen 28', 29' ausgerüstet ist. Zweiteilige elastische Verbindungen 65, 66, die mit flexiblen Schläuchen 69, 69' vorgesehen sind, verbinden die Einlaufkanäle 27' der Zapfenscheibe 72 mit den Vorlaufkanälen 35 des Walzenmantels 3 und die Rücklaufkanäle 40 des Walzenmantels 3 mit den Rücklaufkanälen 29' der Zapfenscheibe 72.
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Die Zapfenscheibe 72 und der Umlenkflansch 15 entsprechend 2 sind mit Kanälen ausgerüstet, um das gleiche erläuternde Funktionsprinzip der Walze 1 aufrecht zu erhalten.
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9 zeigt eine konkrete Ausführungsform der Walze 1 im Sinne des Details IX der 2. Bei dieser ist wieder ein Walzenmantel 3 mit den Zulauf- und Rücklaufkanälen 35, 40, dem Walzenzapfen 7', dem Zapfenscheibeanschluss 72 mit den Zufuhrkanälen 26', 27' und den Abfuhrkanälen 29', 28' vorgesehen. Weiterhin ist der Sammelkanal 21' mit der Verschlussschraube 22, der elastischen Verbindung I 65 und der elastischen Verbindung II 66 mit den Halbflanschen 67, 68, 67', 68' und den flexiblen Schläuche 69, 69' zu sehen, sowie mit den Befestigungsschrauben 19 des Zapfenflansches 6' und den Befestigungsschrauben 70 der elastischen Verbindung 65, 66. Die elastische Verbindungen 65, 66 werden am Walzenmantel 3 und Zapfenscheibenanschluss 72 befestigt.
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In den 10 und 11 ist die elastische Verbindung I 65 gezeichnet. Die flexiblen Schläuche 69, 69' sind an und mit den Halbflanschen 67, 68 fest und dicht verbunden. Die Halbflansche 67, 68 werden mit den Löcher 71 oder Gewinden für die Befestigungsschrauben vorgesehen. Die elastische Verbindung I 65 und die elastische Verbindung II 66 sind völlig gleich ausgeführt.
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In den 2 und 9 ist die Führung in der Walze 1 des Heiz- oder Kühlmediums dargestellt. Das Medium dringt über den Anschluss des Mediumseinlaufs 52 in den stationären Dichtkopf 51 ein und durch den Einlaufkanal 20 strömt es in die Einlaufkanäle 26', 27' des Zapfenscheibeanschlusses 72 und wird über die flexiblen Schläuche 69 in die Einlaufkanäle 35 des Walzenmantels 3 geleitet. Über die Kanäle 36, 37, 38, 39 des Umlenkflansches 15 strömt der Dampf in die Rücklaufkanälen 40 des Walzenmantels 3 und fließt weiter durch die flexiblen Schläuche 69' und durch die Rücklaufkanäle 29', 28' des Zapfenscheibenanschlusses 72 zum Sammelkanal 21'. Vom Sammelkanal 21' wird das Medium über das Rücklaufrohr 50 zum Anschluss des Mediumsauslaufs 53 abgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walze
- 2
- Walzenkörper
- 3
- Walzenmantel
- 4
- Walzentragachse
- 5
- Rundsteg
- 6, 6', 8
- Zapfenflansch
- 7, 9
- Walzenzapfen
- 7'
- Walzenzapfen mit Scheibe
- 10, 12
- Lagerung
- 11, 13
- Stander
- 14
- Walzenmantelanschluss
- 15
- Umlenkflansch
- 16
- Zwischenteil I
- 17
- Zwischenteil II
- 18, 19
- Befestigungsschraube
- 20
- Einlaufkanal
- 21, 21'
- Sammelkanal
- 22
- Verschlussschraube
- 23, 24, 25
- Dichtung
- 26, 26', 27, 27'
- Einlaufkanäle
- 28, 28', 29, 29'
- Rücklaufkanäle
- 30, 31, 32
- Abfuhrkanäle
- 33
- Einlaufkanäle des Zwischenteils
- 34
- Rücklaufkanäle des Zwischenteils
- 35
- Vorlaufkanäle
- 36, 37, 38, 39
- Umlenkkanäle
- 40
- Rücklaufkanäle
- 41, 42
- Rohrverschraubungen
- 43, 44
- flexible Schläuche
- 45, 46
- Rohrverschraubungen
- 47, 48, 49
- Einlaufkanäle
- 50
- Rücklaufrohr
- 51
- stationärer Dichtkopf
- 52
- Anschluss des Mediumseinlaufs
- 53
- Anschluss des Mediumsauslaufs
- 54
- Walzenmantelanschluss
- 55
- Rohr
- 56
- Flansch
- 57
- Zapfen mit Gewinde
- 58
- Rohrloch
- 59
- Dichtung
- 60
- Schraube mit Flansch
- 61
- Dichtung
- 62
- Verschlussplatte
- 63
- Einlaufübergangskammer
- 64
- Rücklaufübergangskammer
- 65
- elastische Verbindung I
- 66
- elastische Verbindung II
- 67, 67', 68, 68'
- Halbflansch
- 69, 69'
- flexible Schläuche
- 70
- Befestigungsschraube
- 71
- Schraubenloch
- 72
- Zapfenscheibeanschluss
