DE102017221615B3

DE102017221615B3 - Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers sowie Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102017221615B3
Application number: DE102017221615.8A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Hellenthal
Original assignee: Walzen Irle GmbH
Current assignee: Walzen Irle GmbH
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: FI20186004A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bzw. ein Wärmetauscher, insbesondere Temperierwalze (1) vom Doppelmanteltyp, mit einem Kernrohr (2) und einem Außenrohr (3), zwischen denen Temperiermedium führbar ist und mit von Zapfen getragenen Verteilerdeckeln an den Enden der Rohre, soll so weitergebildet werden, dass trotz optimaler Wärmeabgabe auch noch eine gewisse Steifigkeit, die sonst lediglich die Kalanderwalzen aufweisen, gewährleistet ist. Dazu wird vorgeschlagen, dass zwischen Kernrohr (2) und Außenrohr (3) Temperiermittel-Leitschalen (5) an der Innenwandung (4) des Außenrohrs (3) platziert werden, dass zwischen Kernrohr (2) und Temperiermittel-Leitschalen (5) eine Gießmasse (6) eingebracht wird, dass nach Aushärten der Gießmasse (6) an den so entstandenen Sandwichrohren Lagerstellen angebracht werden, dass anschließend das Sandwichrohr durch gezieltes Einbringen von Gewichten ausgewuchtet wird, und dass anschließend die Verteilerdeckel und Zapfen montiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers sowie einen Wärmetauscher, insbesondere Temperierwalze vom Doppelmanteltyp, mit einem Kernrohr und einem Außenrohr, zwischen denen Temperiermedium führbar ist und mit von Zapfen getragenen Verteilerdeckeln an den Enden der Rohre.
Walzen zum Heizen bzw. Kühlen in Walzprozessen sind seit langem bekannt. Dabei werden Kalanderwalzen, die biegesteif und verschleißfest sein sollen einerseits und Temperierwalzen, die für eine maximale Temperierleistung bei möglichst geringem Temperaturfehler an der Walzenoberfläche ausgelegt sind, unterschieden. Die zu übertragenen Biegekräfte von Temperierwalzen sind deutlich geringer als die einer Kalanderwalze. Temperierwalzen brauchen also nicht besonders biegesteif zu sein und können dementsprechend leichter ausgestaltet werden. Die Verschleißfestigkeit von Temperierwalzen wird, wenn überhaupt gefordert, durch eine Beschichtung gewährleistet.
Der Übergang der Merkmale einer Kalanderwalze und der Merkmale von Temperierwalzen ist jedoch fließend. Das heißt, es können durchaus auch verhältnismäßig biegesteife aber auch schwerer ausgelegte Temperierwalzen gefertigt werden.
Als Temperierwalzen werden wegen der nur geringer benötigten Biegesteifigkeit gerne Doppelmantelwalzen verwendet, die allein durch das Wenige an Material gegenüber peripher gebohrten Vollwalzen, aber auch gegenüber peripher gebohrten Hohlwalzen, erheblich günstiger herzustellen sind.
Wesentlich für Temperierwalzen ist, dass die Temperaturquelle sehr nahe an der Temperatursenke liegt und möglichst konzentrisch zu ihr angeordnet ist. Die innere Wärmeübertragungsfläche soll so groß wie möglich sein. Optimal wäre gleich groß der äußeren, d. h. der Walzenoberfläche.
Aber auch bei Kalanderwalzen ist eine möglichst gute Wärmeabgabe wünschenswert.
Durch die DE 103 53 288 B4 ist bereits eine Temperierwalze bekannt geworden, die zur Verbesserung des Temperaturprofils an der Walzenoberfläche in mindestens einem Kanal Wandbelegungen und / oder Oberflächenbehandlungen aufweist, so dass der Kanal in wenigstens zwei Segmente unterteilt ist.
Die WO 98/12440 offenbart ein Verbundrohr aus einem Außen- und einem Innenrohr, zwischen denen ein Spalt gebildet ist, in denen wenigstens ein Element an der inneren Oberfläche des Außenrohrs und der äußeren Oberfläche des Innenrohrs haften soll. Dieses Verbundrohr mag eine gewisse Steifigkeit aufweisen, eine optimale Wärmeabgabe ist jedoch nicht gewährleistet.
Durch die DE 25 04 471 A1 ist ein Heiz- bzw. Kühlzylinder mit Doppelmantel und Zwangsumlauf des Heiz- bzw. Kühlmediums bekannt geworden, bei welchem der innere Mantel sickenförmige Vertiefungen aufweist, die im Zusammenspiel mit dem Außenmantel ein Kanalsystem für das Heiz- bzw. Kühlmedium bilden.
Die DE 199 36 077 A1 offenbart eine Temperierwalze mit einem äußeren Mantel sowie einem inneren Mantel, wobei der äußere Mantel mindestens einen radial ausgerichteten Steg aufweist der den zwischen äußeren Mantel und inneren Mantel gebildeten Ringspalt unterteilt.
Die DE 196 13 433 A1 offenbart eine beheizbare Hohlwalze, deren Innenmantel einen Nutgang aufweist, in welchen ein Wärmerohr einlegbar ist. Hier mag bei ausreichend dünnem Walzenmantel eine optimale Wärmeabgabe gewährleistet sein. Eine an die Steifigkeit von Kalanderwalzen heranreichende Steifigkeit wird jedoch keinesfalls erreicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Temperierwalze und das Verfahren zu ihrer Herstellung so auszugestalten, dass trotz optimaler Wärmeabgabe auch noch eine gewisse Steifigkeit, die sonst lediglich die Kalanderwalzen aufweisen, gewährleistet ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig eine leichte, jedoch nicht sehr biegesteife Doppelwandmantelwalze vorgeschlagen, bei der zwischen Kernrohr und Außenrohr Temperiermittel-Leitschalen an der Innenwandung des Außenrohrs platziert werden, bei der zwischen Kernrohr und Leitschalen eine Gießmasse eingebracht wird, bei der nach Aushärten der Gießmasse an den so entstandenen Sandwichrohren Lagerstellen angebracht werden und bei der anschließend das Sandwichrohr durch gezieltes Einbringen von Gewichten ausgewuchtet wird und bei der anschließend die Verteilerdeckel und Zapfen montiert werden. Selbstverständlich kann die äußere Walzenkontur z.B. durch Drehen oder Schleifen ebenso nachgearbeitet werden, wie eine Wuchtkontrolle und -korrektur vorgenommen werden kann.
Durch das Einbringen der Gießmasse wird die Temperierwalze vom Doppelmanteltyp auf kostengünstige Weise schwerer und biegesteifer. Dennoch verbleiben die großen Wärmeübergangsflächen am Innenmantel des Außenrohrs bestehen, so dass ein optimaler Wärmeübergang und damit eine optimale Temperierung der zu bearbeitenden Materialien gewährleistet ist.
Kostengünstig wird die Herstellung des Wärmetauschers auch dadurch, dass das Kernrohr aus einem Blech gebogen und zu einem Rohr geschweißt wird.
Es hat sich bewährt, dass auf dem Kernrohr Anker für die Gießmasse angebracht, vorzugsweise angeschweißt werden.
Die Anker sorgen für eine optimale Verbindung zwischen dem Kernrohr und der Gießmasse, so dass nach Aushärten der Gießmasse zwischen Kernrohr und der Gießmasse keine Relativbewegung möglich ist.
Um das Temperiermedium in der Walze besser, z. B. durch einen Mehrfachpass verteilen zu können, hat es sich bewährt, dass beim Platzieren der Temperiermittel-Leitschalen zwischen den Temperiermittel-Leitschalen und der Innenwandung des Außenrohres Strömungsteilerbleche eingesetzt werden.
Von Vorteil ist, wenn die Tempermittel-Leitschalen an der Innenwandung des Außenrohres geheftet, vorzugsweise angeschweißt werden. Damit bilden die Temperiermittel-Leitschalen eine verlorene Schalung für die Gießmasse, tragen jedoch beim späteren Leiten des Temperiermittels dazu bei, dass der Strömungswiderstand für das Temperiermittel verkleinert wird.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Temperier-Leitschalen nach Aushärten der Gießmasse aus dem Sandwichverbund herausgezogen werden. In diesem Falle bindet dann auf der einen Seite die Gießmasse, auf der anderen Seite die Innenwandung des Außenrohrs den Temperiermittelkanal.
Die Temperiermittel-Leitschalen können axial orientiert oder umfangsorientiert oder spiralförmig in den Raum zwischen Kernrohr und Außenrohr eingebracht werden. Um ggf. eine noch bessere Temperiermediumverteilung zu erlangen, besteht auch die Möglichkeit, dass die Temperiermittel-Leitschalen bereichsweise axial orientiert und/oder umfangsorientiert und/oder spiralförmig in das Außenrohr eingebracht werden. Damit können über die Länge der Temperierwalze unterschiedlich angeordnete Temperiermittel-Leitschalen ggf. für unterschiedliche Wärmeübergänge sorgen.
Von Vorteil ist, dass vor dem Einbringen der Gießmasse das Kernrohr und das Außenrohr mit dazwischen platzierten Temperiermittel-Leitschalen auf einem Fußdeckel zentriert, vertikal, konzentrisch aufgestellt wird und dass die Gießmasse quellend von unten nach oben oder fallend zwischen Kernrohr und Temperiermittel-Leitschalen eingebracht wird.
Bei dieser Aufbauart sind mögliche Hohlräume in den erstarrenden Gießmassen kaum ein Problem, so dass in der Regel auf Rüttelvorrichtungen verzichtet werden kann. Die Gießmasse hat neben der Isolierwirkung nach innen hin im Wesentlichen eine Erhöhung der Steifigkeit der Temperierwalze zur Folge.
Ein nach dem beanspruchten Verfahren hergestellter Wärmetauscher weist dann zwischen Kernrohr und Außenrohr Temperiermittel-Leitschalen auf, wobei zwischen den Temperiermittel-Leitschalen und dem Kernrohr ein mit dem Kernrohr und dem Außenrohr kraft- und/oder formschlüssig verbundene ausgehärtete Gießmasse angeordnet ist und wobei die Temperierwalze über mindestens einen Zapfen und über einen Verteilerdeckel Anschlüsse für die Räume zwischen Temperiermittel-Leitschale und Außenrohr aufweist, die vom Temperiermedium durchströmbar sind.
Eine noch ausgewogenere Verteilung des Temperiermittels in der Temperierwalze ergibt sich, wenn in den zwischen den Temperiermittel-Leitschalen und der Innenwandung des Außenrohrs gebildeten Hohlräumen Strömungsleitbleche vorgesehen sind.
Die Erfindung wird anhand einer, diese darstellenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperierwalze,
2 einen Ausschnitt aus der Temperierwalze nach 1,
3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperierwalze, und
4 einen Ausschnitt aus 3.

1 und 2 zeigen ein erstes Beispiel für eine erfindungsgemäße Temperierwalze 1. Die Temperierwalze 1 besteht aus einem Kernrohr 2 sowie einem Außenrohr 3. An der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 sind Temperiermittel-Leitschalen 5 angeordnet. In 2 ist erkennbar, dass die Tempermittel-Leitschalen 5 fest mit der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 verbunden sind.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Temperier-Leitschalen 5 lediglich an der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 zu platzieren und dann den Raum zwischen Kernrohr 2 und den Temperiermittel-Leitschalen 5 sowie der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 mit einer Gießmasse 6 auszufüllen und nach Aushärtung der Gießmasse 6 die in 2 axial angeordneten Temperier-Leitschalen 5 wieder aus der Temperierwalze 1 herauszuziehen.
2 zeigt jedoch die Temperiermittel-Leitschalen 5 als verlorene Schalung, die von der Gießmasse 6 umgeben ist. Da die Temperiermittel-Leitschalen an der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 angeheftet sind, ist eine Relativbewegung zwischen Außenrohr 3 und der die Temperiermittel-Leitschalen 5 umgebenden Gießmass 6 nach deren Aushärtung ausgeschlossen.
Damit die Gießmasse 6 auch keine Relativbewegung zum Kernrohr 2 ausführen kann, sind am Kernrohr 2 Anker 7 vorgesehen, die mit dem Kernrohr 2 verschweißt sind und von der Gießmasse 6 umgossen sind. Beim Aushärten der Gießmasse 6 ergibt sich eine Verbindung zwischen den Ankern 7 und der Gießmasse 6, die, da die Anker 7 mit dem Kernrohr 2 verschweißt sind, keine Relativbewegung mehr zwischen Gießmasse 6 und Kernrohr 2 erlauben.
In dem Raum 8, der von der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 und den Innenflächen der Temperiermittel-Leitschalen 5 gebildet wird, kann das Temperiermittel zirkulieren.
Um z. B. in einer der Temperiermittel-Leitschalen verschiedene Temperiermittelströmungen bzw. unterschiedlich temperierte Temperiermittel strömen zu lassen, ist in 2 ein Strömungsteilerblech 9 gezeigt, welche den Raum 8 in zwei Teilräume 8', 8" unterteilt.
Das Temperiermittel überstreicht durch den geschilderten und in 2 gezeigten Aufbau einen sehr großen Bereich der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3, so dass ein optimaler Temperaturübergang vom Temperiermittel zum Außenrohr 3 erfolgen kann. Zum Kernrohr hin bildet die ausgehärtete Gießmasse, z. B. Feuerfestbeton oder Spulenputz eine Isolierung, so dass das Temperiermittel im Wesentlichen nach außen hin zur Oberfläche des Außenrohrs wirken kann. Feuerfestbeton oder Spulenputz sind kostengünstig und haben eine gute Isolierwirkung nach innen, und bewirken vor allem nach ihrem Verfestigen eine gute Erhöhung der Steifigkeit der Walze.
Die hier dargestellten achsparallel angeordneten Temperiermittel-Leitschalen 5 können aber auch radial orientiert oder spiralförmig orientiert sein. Bei radialer Orientierung müssen in der Walze Zu- und Ableitungen zu den einzelnen radial angeordneten Räumen der Temperiermittel-Leitbleche vorgesehen werden. Bei axialer bzw. spiralförmiger Orientierung kann die Versorgung der Räume 8 vom nicht gezeigten Verteilerdeckel, der an den Enden der dargestellten Sandwich-Temperierwalze angeordnet ist, erfolgen.
Die ausgehärtete Gießmasse trägt sehr zur Versteifung der Temperierwalze bei, so dass diese schon im Grenzbereich zu einer Kalanderwalze betrieben werden kann.
Die 3 und 4 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Lösung, wobei die Temperiermittel-Leitschalen 5 gegenüber den in 2 dargestellten Temperiermittel-Leitschalen 5 umgekehrt mit der Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 verbunden sind.
Durch diese Anordnung der Temperiermittel-Leitschalen 5 wird eine geringfügig schlechtere Wärmeübergang zur Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 erreicht, da die angeströmte Innenfläche 4 des Außenrohrs 3 kleiner ist als in 2, der 4 ist jedoch zu erkennen, dass größere Mengen an Gießmasse, d. h. größere Mengen an ausgehärtetem Feuerfestbeton oder Spulenputz verwendet worden sind, wodurch die Temperierwalze eine noch größere Biegesteifigkeit erhalten hat.
Schon durch den Einsatz eines aus einem Blech gebogenen und verschweißten Kernrohrs, aber insbesondere durch den Einsatz der kostengünstigen Gießmasse kann hier eine günstige, relativ biegesteife Walze erstellt werden. Aufwendiges Bohren, z. B. einer Zentralbohrung, insbesondere jedoch der peripheren Bohrungen, wird hier eingespart, so dass eine kostengünstig zu erstellende, optimale Temperierleistung gewährleistende und doch biegesteife Temperierwalze vorgeschlagen wird, die für den Einsatz in der Folienindustrie, in der Lebensmittelindustrie, der Gummi- und Kunststoffindustrie, in der Non-Woven-Industrie, aber auch als Kalander oder texturierte Walzen verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Temperierwalze
2: Kernrohr
3: Außenrohr
4: Innenfläche
5: Temperiermittel-Leitschalen
6: Gießmasse
7: Anker
8: Raum
9: Strömungsteilblech

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere Temperierwalze (1) vom Doppelmanteltyp, mit einem Kernrohr (2) und einem Außenrohr (3), zwischen denen Temperiermedium führbar ist und mit von Zapfen getragenen Verteilerdeckeln an den Enden der Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kernrohr (2) und Außenrohr (3) Temperiermittel-Leitschalen (5) an der Innenwandung (4) des Außenrohrs (3) platziert werden, dass zwischen Kernrohr (2) und Temperiermittel-Leitschalen (5) eine Gießmasse (6) eingebracht wird, dass nach Aushärten der Gießmasse (6) an den so entstandenen Sandwichrohren Lagerstellen angebracht werden, dass anschließend das Sandwichrohr durch gezieltes Einbringen von Gewichten ausgewuchtet wird, und dass anschließend die Verteilerdeckel und Zapfen montiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernrohr (2) aus Blech gebogen und zu einem Rohr geschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kernrohr (2) Anker (7) für die Gießmasse (6) angebracht, vorzugsweise angeschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Platzieren der Temperiermittel-Leitschalten (5) zwischen den Temperiermittel-Leitschalen (5) und der Innenwandung (4) des Außenrohrs (3) Strömungsteilerbleche (9) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittel-Leitschalen (5) an der Innenwandung(4) des Außenrohrs (3) geheftet, vorzugsweise angeschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittel-Leitschalen (5) nach Aushärten der Gießmasse (6) aus dem Sandwichverbund herausziehbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittel-Leitschalen (5) axial orientiert oder umfangsorientiert oder spiralförmig oder bereichsweise axial orientiert und/oder umfangsorientiert und/oder spiralförmig in das Außenrohr (3) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Gießmasse (6) das Kernrohr (2) und das Außenrohr (3) mit dazwischen platzierten Temperiermittel-Leitschalen (5) auf einem Fußdeckel zentriert, vertikal, konzentrisch aufgestellt wird, und dass die Gießmasse (6) quellend von unten nach oben oder fallend zwischen Kernrohr (2) und Temperiermittel-Leitschalen (5) eingebracht wird.
Wärmetauscher, insbesondere Temperierwalze (1) vom Doppelmanteltyp, mit einem Kernrohr (2) und einem Außenrohr (3), zwischen denen Temperiermittel führbar ist und mit von Zapfen getragenen Verteilerdeckeln an den Enden der Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem aus gebogenem und verschweißtem Blech bestehenden Kernrohr (2) und dem Außenrohr (3) Temperiermittel-Leitschalen (5) vorgesehen sind, dass zwischen den Temperiermittel-Leitschalen (5) und dem Kernrohr (2) ein mit dem Kernrohr (2) und dem Außenrohr (3) kraft- und/oder formschlüssig verbundene ausgehärtete Gießmasse (6) angeordnet ist, und dass über mindestens einen Zapfen und einen Verteilerdeckel die Zwischenräume (8) zwischen Temperiermittel-Leitschalen (5) und dem Außenrohr (3) mit Temperiermedium durchströmbar sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den zwischen den Temperiermittel-Leitschalen (5) und der Innenwandung (4) des Außenrohrs (3) gebildeten Hohlräumen (8) Strömungsteilerbleche (9) vorgesehen sind.