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Die Erfindung betrifft eine beheizbare Walze zum Verdichten von Asphalt in Fahrbahnen und sonstige Verkehrsflächen und ein Verfahren zum Betreiben einer beheizbaren Walze.
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Zum Verdichten von Asphaltmischgut ist es bekannt, sogenannte Glattmantel- und teilweise auch Gummirad- sowie Kombinationswalzen zu verwenden. Glattmantelwalzen bestehen aus mindestens zwei Walztrommeln, die hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Die Verdichtung erfolgt statisch oder dynamisch.
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Bei der statischen Verdichtung wirkt nur das Eigengewicht der Walze. Die Verdichtungsleistung kann durch Erhöhung der Gesamtmasse gesteigert werden.
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Bei der dynamischen Verdichtung werden ein oder mehrere Walztrommeln in Schwingung versetzt. Die Schwingungen werden durch eine Unwucht (Vibrationswalzen) oder zwei aufeinander abgestimmte Schwingungserreger (Oszillationswalzen) erzeugt und an die Unterlage weitergeleitet.
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Durch das Versetzen des zu verdichtenden Materials in Schwingung und der Wirkung des Eigengewichtes der Walze wird eine um ca. 100% höhere Verdichtungsleistung gegenüber der reinen statischen Walze mit dem gleichen Eigengewicht erzielt.
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Gummiradwalzen bestehen aus einer Mehrzahl von gummibereiften Verdichtungsrädern, die auf einer Vorder- und Hinterachse nebeneinander angeordnet sind. Der Reifeninnendruck und das Eigengewicht bestimmen die Verdichtungsleistung. Gummiradwalzen wirken derzeitig nur statisch.
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Wegen der größeren Auflagefläche der Gummibereifung gegenüber den Bandagen der Glattmantelwalzen haben Gummiradwalzen ein wesentlich höheres Eigengewicht.
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Durch Versuche wurden in etwa folgende äquivalente Verdichtungsleistungen ermittelt:
| - | Gummiradwalze | WI = 1,4 |
| - | Statische Glattmandelwalze | WI = 4,0 |
| - | Vibrationswalze statisch | WI = 3,9 |
| - | Vibrationswalze dynamisch | WI = 7,9 |
wobei WI ein Faktor ist, der die Verdichtungswirksamkeit charakterisiert.
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Wegen der wesentlich geringeren Verdichtungsleistung der Gummiradwalzen gegenüber den Glattmantelwalzen werden Gummiradwalzen im Asphaltstraßenbau immer weniger eingesetzt.
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Außer den Glattmantelwalzen mit reinen Metallbandagen und Gummiradwalzen gibt es auch die Verknüpfung beider Walzenarten als sogenannte Kombinationswalzen. Hierbei ist eine Walztrommel mit einer Metallbandage versehen und das andere Walzelement ist gummibereift.
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Für Spezialanwendungen gibt es auch noch die Beschichtung von Glattmantelwalzen mit Gummi, diese werden z. B. zum Einwalzen von Splitt für Oberflächenbehandlungen und im Erdbau eingesetzt.
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Die Verdichtung des Asphalts hängt im erheblichen Maße von seiner Temperatur ab. Schnelle Temperaturverluste des Asphalts und/oder der Einsatz von Verdichtungsgeräten mit geringer Verdichtungsleistung (z. B. Gummiradwalzen) führen zu geringen Verdichtungsgraden. Der Verdichtungsgrad ist das Verhältnis von Baustellendichte (Bohrkerndichte) zur Labordichte (Marshalldichte), wobei die Labordichte unter definierten Bedingungen im Labor ermittelt wird und auf der Baustelle recht unterschiedliche Verhältnisse beim Einbau herrschen.
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Um ein Ankleben des heißen Asphaltes während des Verdichtungsvorganges an den Bandagen der Glattmantelwalzen zu verhindern, wird Wasser als Trennmittel verwendet. Das Wasser wird über ein Rohrleitungssystem mittels Düsen auf die Bandagen gleichmäßig verteilt. Dabei gelangt es zwangsläufig auf die Oberfläche des heißen Asphaltes und kühlt diesen noch zusätzlich ab. Dadurch liegt während des durch Überrollung mit den Bandagen stattfindenden Walzvorgangs ein unterschiedliches Temperaturniveau innerhalb der eingebauten Asphaltschicht vor. Dies führt zu wechselnden Verdichtungsgraden bzw. Raumdichten innerhalb des Asphaltpakets.
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Die Oberseite besitzt eine geringere Raumdichte gegenüber dem mittleren Bereich. Der untere Bereich hängt sehr stark von der Temperatur der Unterlage ab. Besonders kritisch ist dies bei relativ dünnen Deckschichten. Sie sind im oberen Bereich schlecht verdichtet. Jedoch unterliegt gerade dieser Bereich den größten Beanspruchungen (Schubspannung, Temperaturschwankungen, Wasser, UV-Strahlung, Sauerstoff, Abrieb). Neben der geringeren Raumdichte infolge des schnelleren Viskositätsanstiegs des Bindemittels kommt es noch häufig zu Walzrissen in Querrichtung zur Walzrichtung. Diese sind ebenfalls das Resultat unterschiedlicher Viskosität des Bindemittels innerhalb der eingebauten Schicht.
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Weiterhin besteht gerade am Jahresende oft die Gefahr des Einfrierens der Wasserdüsen, so dass die Walzen bei Frost nicht eingesetzt werden können.
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Bei den Gummiradwalzen werden die Bandagen vor dem Walzvorgang aufgeheizt, so dass dadurch ein Ankleben des Asphalts verhindert wird. Dadurch entfällt der enorme Energieverlust, den das Wasser der Glattmantelwalzen verursacht.
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Es sind verschiedene Ausführungen zum Beheizen von Walzen bekannt.
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Aus
DE 72 44 979 U ist es bekannt, die Außenseiten der Metallbandagen von statischen Glattmantelwalzen mit Propangasbrennern zu erhitzen, wobei zu dessen Intensivierung eine Rauchhaube die Heizgase näher und auf eine größere Fläche gleichmäßig verteilt.
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In
DE 24 05 614 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Innenseiten der Metallbandagen bei statischen Glattmantelwalzen durch Einblasen von heißen Gasen durch ringförmige Öffnungen an den Stirnseiten in den außenliegenden konzentrischen Raum erhitzt werden.
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In
US 524,939 A ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Innenseiten der Metallbandagen der statischen Glattmantelwalzen durch im Innenraum der Walze befindliche Brenner erhitzt werden.
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Ferner ist es aus
US 3,066,585 A bekannt, die Außenseiten der Metallbandagen von statischen Glattmantelwalzen durch Brenner in einem Heizraum zu erhitzen. Dabei umschließt der Heizraum ca. 50 % der Bandage der Walze.
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In
DE 23 15 972 A ist eine Vibrationswalze beschrieben, die eine doppelwandige Bandage aufweist, deren Hohlraum mit einem schalldämpfenden Material ausgefüllt ist. Der Hohlraum wird vorzugsweise mit Kunststoff eingeschäumt, kann aber auch mit Wasser als schalldämpfendes Mittel gefüllt sein.
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Aus
DE 10 2008 024 488 A1 ist eine beheizbare Walze mit Heizelementen und Steuereinrichtungen für die Temperatureinstellung bekannt. Die beheizten Walzbandagen sind nur einlagig und können demzufolge auch nicht mit einer beheizten Flüssigkeit befüllt werden.
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DE 697 28 549 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Verdichten von Asphalt mit einem direkt oder indirekt beheizten Verdichtungsband. Es handelt sich dabei nicht um eine beheizbare Walze.
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Bei den zuerst beschriebenen vier Walzen handelt es sich um statische Walzen, deren Verdichtungsleistung nur vom Eigengewicht der Walze abhängt. Durch die durch Brenner aufgebrachte Energie kommt es zu sehr unterschiedlichen Temperaturverteilungen auf den Bandagen mit Überhitzungen.
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Bei den bekannten statischen Walzen, die nur über eine geringe Verdichtungsleistung verfügen, ist der Zwischenraum zwischen Walzbandage und Antriebswelle frei von Einbauten.
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Bei den beheizten dynamischen Glattmantelwalzen mit wesentlich höherer Verdichtungsleistung durch in Schwingung setzen der Metallbandagen wird der Raum zwischen Walzbandage und Antriebswelle mit temperaturempfindlichen Einbauteilen, Erregereinheit mit Umschlaggewichten, Energieeinheit auf der Antriebswelle und Hydraulikeinrichtungen genutzt. Eine direkte Beheizung mit Brenner ist deshalb nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zum Verdichten von Asphaltmischgut so zu verbessern, dass beim Betreiben der Walze das Abkühlen des Asphalts verringert und dadurch die Verdichtungsleistung gesteigert wird, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Walze zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Walze, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist und mit einem Verfahren, welches die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Bandage der Walze, vorzugsweise die Bandage einer Glattmantelwalze, besteht aus einer mehrlagigen, zylinderförmigen geschlossenen Röhre, in deren Zwischenraum oder Zwischenräumen sich eine Flüssigkeit befindet und/oder in einem Kreislauf zirkuliert. Die Bandage ist doppelwandig mit einem inneren Bandagenrohr und einem äußeren Bandagenrohr ausgeführt, wobei das innere Bandagenrohr auf der Walztrommel befestigt ist und die doppelwandige Bandage mit einer beheizbaren Flüssigkeit gefüllt ist. Als beheizbare Flüssigkeit wird vorzugsweise Öl verwendet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Beheizen der Flüssigkeit indirekt über die äußere Bandage durch Gas, Elektroenergie, Infrarotwärme, Heißluft, Halogenstrahlung oder mit der Kombination verschiedener Energieformen erfolgt. Hierzu ist oberhalb der Walztrommel ein Heizstrahler angeordnet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist an der Walze eine Heizeinheit angeordnet, in der die Flüssigkeit erhitzt und in einem Kreislauf durch die doppelwandige Bandage geführt wird. Die Flüssigkeit wird hierbei durch direktes Beheizen über Heizstäbe mit Elektroenergie, Heißluft oder Thermalöl oder durch Kombination verschiedener Energieformen erwärmt.
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Die Walzen führen durch die beheizten Bandagen der Glattmantelwalze beim Überrollen des Asphalts zu einem wesentlich geringeren Temperaturverlust. Deshalb kann insbesondere die Oberseite der eingebauten Asphaltschicht bei einer höheren Temperatur verdichtet werden. Dies bewirkt eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften des eingebauten Asphalts. Da die erfindungsgemäße Walze auf den Einsatz von Wasser als Trennmittel verzichten kann, ist der Einsatz selbst bei Frost möglich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Walze ein Temperaturfühler angeordnet, mit dem die Temperatur der Flüssigkeit erfasst wird und dessen Signale einer Einrichtung zur Regelung der Heizleistung zugeführt wird. Damit kann gewährleistet werden, dass die Temperatur des Walzkörpers immer einen für den Bearbeitungsvorgang optimalen Wert einhält.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, dass die doppelwandige Bandage aus mehreren doppelwandigen Teilbandagen besteht. Dabei kann die doppelwandige Bandage zwei oder mehr doppelwandige Teilbandagen enthalten, wobei sich in einer äußeren doppelwandigen Teilbandage die geheizte Flüssigkeit befindet und in einer inneren doppelwandige Teilbandage sich eine mittels einer externen Kühleinheit gekühlte Kühlflüssigkeit befindet. Damit wird erreicht, dass die äußeren Mantelfläche des Walzenkörper die für den Asphalteinbau erforderliche hohe Temperatur aufweist und der Innenbereich des Walzenkörpers, in dem sich verschiedene Aggregate, wie Antriebs- und Steuerbauteile, befinden, vor Überhitzung geschützt wird. Dabei ist es vorteilhaft, zwischen einer inneren gekühlten Bandage und einer äußeren geheizten Bandage eine mittlere doppelwandige Teilbandage mit einer isolierenden Füllung anzuordnen. Zur Isolierung können Flüssigkeiten, Gase oder Isolierstoffe verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Walze Walztrommeln mit doppelwandigen Bandagen aufweist, welche zylinderförmige Röhren enthalten, in deren Zwischenraum sich eine Flüssigkeit befindet und/oder in einem Kreislauf zirkuliert. Die Flüssigkeit wird auf eine Temperatur aufgeheizt, die 10 bis 50 K, vorzugsweise 20 K, über dem nach dem Verfahren Ring und Kugel ermittelten Erweichungspunkt des Asphalts liegt.
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Die Wärmeenergie kann direkt durch das Beheizen der Bandagen, durch Aufbringen von Wärmenergie von außen auf die Bandage aufgebracht werden. Damit ergeben sich kostengünstige Ausführungen.
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Es ist auch möglich, dass das Beheizen der Flüssigkeit außerhalb der doppelwandigen Bandagen erfolgt und die heiße Flüssigkeit durch die doppelwandigen Bandagen geführt wird.
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Weitere Möglichkeiten bestehen darin, dass das Beheizen der doppelwandigen Bandagen elektrisch durch an der Innenseite der doppelwandigen Bandagen befestigte Heizmatten erfolgt und/oder dass ein Teil der für das Beheizen erforderlichen Elektroenergie durch Induktion während des Fahrens der Walze erzeugt wird.
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Ferner ist es möglich, dass mindestens ein Teil der Elektroenergie für das Beheizen der doppelwandigen Bandagen aus Solarenergie gewonnen wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 eine heizbare Vibrationswalze mit Infrarotstrahler,
- 2 eine heizbare Vibrationswalze mit an der Walze eingebauter Heizeinrichtung und
- 3 eine heizbare Vibrationswalze mit elektrischen Heizdrähten im Walzenkörper und einer Kühleinheit.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine als Tandemvibrationswalze ausgeführte Walze 1, bei welcher die serienmäßig angebrachte einlagige Bandage entfernt und die Aufhängungen für den Drehkranz verlängert wurden, beispielsweise um 100 mm bis140 mm, vorzugsweise um 120 mm. Ferner wurde der Walzenrahmen 5 um den erforderlichen Betrag, vorzugsweise 120 mm, angehoben. Danach wurde eine doppelwandige, zylinderförmige, versteifte Metallröhre mit dem Innendurchmesser und der Breite der einlagigen Metallbandage aufgezogen. Der radiale Abstand von der inneren Bandagenwand 3.1 zur äußeren Bandagenwand 3.2 beträgt beispielsweise 100 mm bis140 mm, bevorzugt 120 mm. Zur Erhitzung einer sich in der doppelwandigen Bandage 3 Walzsegment befindlichen Flüssigkeit sind am Walzenrahmen 5 je Walztrommel 2 zwei Heizstrahler 6 angebracht, wofür vorzugsweise Gasinfrarotheizstrahlergruppen verwendet werden. Die Heizstrahler 6 sind am Walzenrahmen 5 befestigt. Jeder Heizstrahler 6 besteht aus sechs nebeneinander hängenden Einzelstrahlern. Es konnte nachgewiesen werden, dass für eine 1550 mm breite Bandage mit einer Heizleistung von 40 kW eine ausreichende Erwärmung erzielt wird. Die Beheizung erfolgt mit handelsüblichen 33 kg Flüssiggasflaschen, die am Führerstand der Walze 1 gesichert gelagert werden. Über zwei Temperaturfühler 4, wofür vorzugsweise Infrarot-Temperaturfühler verwendet werden, werden die Oberflächentemperaturen der doppelwandigen Bandagen 3 gemessen und mittels einer Steuereinheit die Heizleistung der Heizstrahler 6 geregelt. Der Betriebsdruck der Flüssiggasheizung ist über einen Mehrstufenregler etwa zwischen 0,4 - 1,5 bar regelbar. Die Heizstrahler 6 werden durch Zündbrenner gezündet, die thermisch überwacht werden. Das Ein- und Ausschalten der Heizstrahler 6 erfolgt automatisch, ohne dass eine Bedienung durch den Fahrer erforderlich wäre.
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Je nach Mischgutart und Bindemittelhärte werden die Oberflächentemperaturen auf 10°C bis 40°C, vorzugsweise 20°C über dem Erweichungspunkt Ring und Kugel des verwendeten Bitumens eingestellt. Bei polymermodifiziertem Bitumen ist es vorteilhaft, die Oberflächentemperatur je nach Polymerzusatz um weitere 10°C zu erhöhen, da die Adhäsion solcher Bindemittel meist ausgeprägter ist.
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Um die Strahlungsverluste zu minimieren, können die Walztrommeln 2 mit einer höhenverstellbaren doppelwandigen Einhausung versehen werden, die aus schnell zu montierenden Einzelelementen besteht.
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Um ein eventuelles Ankleben von Asphaltmischgut bei nicht sachgerechter Bedienung, wie z.B. Walzen bei zu geringer Oberflächentemperatur der Walzbandagen, ohne größeren Aufwand zu beseitigen, sind für jede Walztrommel 2 zwei höhenverstellbare Messer über die gesamte Bandagenbreite angeordnet, die im Havariefall bis auf die beheizbaren doppelwandigen Bandagen 3 abgesenkt werden können und somit ein mechanisches Lösen des anhaftenden Asphalts ermöglichen.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführung wurde an einer serienmäßig hergestellten Tandemoszillationswalze, wie im Beispiel gemäß 1 beschrieben, die einlagige Metallbandage entfernt und die Aufhängungen für den Drehkranz verlängert sowie der Walzenrahmen 5 um 240 mm angehoben, und danach eine doppelwandige, zylinderförmige, versteifte Metallröhre mit dem Innendurchmesser und der Breite der einlagigen Metallbandage aufgezogen. Von einer an der Walze 1 eingebauten externen Heizeinheit 7 wird die erhitzte Flüssigkeit in einem Kreislauf durch die doppelwandige Bandage 3 geführt. Die Temperatureinstellung sowie die Regelung der Heizleistung erfolgt wie oben beschrieben mit einer von Temperaturfühlern 4 gesteuerten Einrichtung.
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Durch die in der doppelwandigen Bandage 3 vorhandene Flüssigkeit wird die Oberfläche der äußeren Bandagenwand 3.2 auf die jeweils erforderliche Temperatur erhitzt. Eine in der externen Heizeinheit 7 erhitze Flüssigkeit wird über einen Zulauf 9 zur doppelwandige Bandage 3 geführt und gelangt über den Rücklauf 10 zurück in die externe Heizeinheit 7. Sie wird dabei durch eine Pumpe 8 in Bewegung versetzt. Die Verbindung der Leitungen für den Zulauf 9 und den Rücklauf 10 mit der doppelwandigen Bandage 3 erfolgt über eine feststehende Schlauchkupplung 11 und eine bewegliche Schlauchkupplung 12.
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Eine weitere Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Hierbei wurde an einer serienmäßig hergestellten dynamischen Glattmantelwalze die einlagige Metallbandage entfernt und die Aufhängungen für den Drehkranz verlängert, beispielsweise um 240 mm. Ferner wurde der Walzenrahmen 5 um 240 mm angehoben. Danach wird eine vierwandige, zylinderförmige, versteifte Metallröhre mit dem Innendurchmesser und der Breite der einlagigen Metallbandage aufgezogen. Der radiale Abstand von der inneren Bandagenwand 3.1 zur äußeren Bandagenwand 3.2 beträgt hier vorzugsweise das Doppelte des im 1 beschriebenen Abstandes. Damit verfügt die Walztrommel 2 über drei doppelwandige Metallbandagen 3. Die äußere doppelwandige Teilbandage 15 ist zusätzlich in Segmente unterteilt, in denen sich elektrische Heizstäbe 15.1 befinden, die die Flüssigkeit erhitzen. Die Heizstäbe 15.1 werden über Leitungen mit an der Walze eingebauten Energieeinheiten erhitzt. Solarmodule auf der Walze können die Energiekapazität ergänzen.
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Die Temperatureinstellung sowie die Regelung der Heizleistung erfolgt mit dem Temperaturfühler 4 und einem zusätzlichen Temperaturfühler 4.1.
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Durch die geheizte Flüssigkeit wird die Oberfläche der äußeren doppelwandigen Teilbandage 15 auf die jeweils gewünschte Temperatur erhitzt.
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Die innere doppelwandige Teilbandage 13 wird über eine an der Walze 1 eingebaute externe Kühleinheit 16 mit Kühlflüssigkeit im Kreislauf gekühlt, um eine thermische Schädigung der in dem Walzeninnenraum befindlichen Einheiten zu verhindern.
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Die mittlere doppelwandige Teilbandage 14 ist mit Flüssigkeit, Gas oder Isolierstoff gefüllt und bildet eine Isolierschicht zwischen der geheizten äußeren doppelwandige Teilbandage 15 und der gekühlten inneren doppelwandigen Teilbandage 13.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walze
- 2
- Walztrommel
- 3
- doppelwandige Bandage
- 3.1
- innere Bandagenwand
- 3.2
- äußere Bandagenwand
- 4
- Temperaturfühler
- 4.1
- zusätzlicher Temperaturfühler
- 5
- Walzenrahmen
- 6
- Heizstrahler
- 7
- externe Heizeinheit
- 8
- Pumpe
- 9
- Zulauf
- 10
- Rücklauf
- 11
- feststehende Schlauchkupplung
- 12
- bewegliche Schlauchkupplung
- 13
- innere doppelwandige Teilbandage
- 14
- mittlere doppelwandige Teilbandage
- 15
- äußere doppelwandige Teilbandage
- 15.1
- Heizstäbe
- 16.
- externe Kühleinheit
