DE10208443B4

DE10208443B4 - Verfahren bei der Erwärmung einer Mantelarbeitsfläche auf einer rotierenden Walze und rotierbare Walze zum Erwärmen eines Bahnenmaterials

Info

Publication number: DE10208443B4
Application number: DE2002108443
Authority: DE
Inventors: Pål Gløersen; Finn Hagset
Original assignee: Kvaerner Eureka AS
Current assignee: Schlatter Deutschland & Co Kg De GmbH
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: DE10208443A1; NO20020147D0; NO20020147L; NO315392B1

Abstract

Verfahren zum Erwärmen einer Mantel-Arbeitsfläche (1) auf einer rotierenden Walze, bei der ein Wärmeträgermedium in benachbarten Kanälen (20) unter der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Hin- und Zurückströmen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmedium im Eintrittssammler (11) in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche vom Eintrittssammler (11) am ersten Walzenende zum zweiten Walzenende und von dort ohne Wärme leitenden Kontakt mit der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Austrittssammler (12) am ersten Walzenende strömt und dass der zweite Teilstrom ohne Wärme leitenden Kontakt mit der Mantel-Arbeitsfläche vom Eintrittssammler (11) am ersten Walzenende zum zweiten Walzenende und von dort im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Austrittssammler (12) am ersten Walzenende strömt.

Description

Die Erfindung betrifft das Erwärmen von Bahnenmaterialien, genauer ein Verfahren zum Erwärmen einer Mantelarbeitsfläche auf einer rotierenden Walze, wie im Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches angegeben, und eine rotierbare Walze zum Erwärmen eines Bahnenmaterials, wie in den Oberbegriffen der unabhängigen Anordnungsansprüchen angegeben.
Die Erfindung wurde besonders zur Anwendung bei der Wärmebehandlung von textilen Geweben, insbesondere Filzen und Sieben im Zusammenhang mit der Papierherstellung entwickelt. Bei der Behandlung von Filzen und Sieben für Papiermaschinen in Streck- und Fixiermaschinen, in denen ölgeheizte Walzen eingesetzt werden, ist die genaue Steuerung der Temperatur über der Oberfläche der eingesetzten Walze unerlässlich. Die Walze muss schnell erwärmt (und gekühlt) werden können und eine gleichmäßig verteilte Wärme an das über die Walze gelegte Bahnenmaterial abgeben. Ein stabiles Erwärmen und eine gleichmäßige Wärmebeeinflussung sind wichtig, da die eingesetzten Materialien der Bahnen (Filz und Sieb) wärmeempfindlich sind, und immer kompliziertere und wärmeempfindlichere Bahnmaterialien entwickelt werden. Für Filz und Sieb kann ein Unterschied von 2°–3°C kritisch sein. Wesentlich ist auch, Temperaturspannungen in der Walze zu vermeiden. Es ist bekannt, das erwärmte Öl in dazu ausgebildete Räume von einem Walzenende in der Walze strömen zu lassen und es durch angrenzende Räume zurückströmen zu lassen. Bei einer abwechselnden Hin- und Rückströmung des Öls wird eine gewisse Steuerung der Temperatur in der Oberfläche der Walze erzielt.
Aus US 3,903,961 A ist beispielsweise eine Walze zur Anwendung in einer Streck- und Fixierungsmaschine bekannt. Diese bekannte Walze ist mit einem äußeren und einem inneren Mantel aufgebaut, die durch längsverlaufende Trennwände, die längsverlaufende, wechselnde Strömungskanäle zwischen dem inneren und äußeren Mantel bilden, getrennt sind. Jeder Strömungskanal ist mittels eines Schirms wie eine U-förmige Strömungsbahn gestaltet, bei der die eine Verzweigung als Einlassverzweigung gestaltet ist, der ein Einspeisgehäuse an dem einen Walzenende angeschlossen ist, während die andere Verzweigung als Auslassgehäuse wirkt und einem Rücklaufgehäuse an demselben Walzenende angeschlossen ist.
Es sei auch erwähnt, dass aus der DE 40 36 121 A1 bekannt ist, ein fluides Wärmeträgermedium in benachbarten Kanälen unter der Oberfläche der Walze hin- und zurückzuführen. In der hier gezeigten Wärme-/Kühlwalze wird das Öl durch periphere, achsenparallele Bohrungen geleitet. Die Bohrungen können hintereinander oder nebeneinandergeschaltet sein. Zwei oder mehr Bohrungen können nebeneinandergeschaltet sein. Die Bohrungen sind so modifiziert, dass die Wärmeabgabe an die Oberfläche der Walze im Wesentlichen konstant sein soll. Insbesondere werden die Durchmesser der Bohrungen abgeändert, und/oder es wird vorgeschlagen, Verdrängungskörper einzusetzen, um die Durchflussgeschwindigkeit in gewünschtem Maße zu ändern. Die DE 26 58 380 A1 zeigt eine Farbenwalze für Offsetmaschinen, bei der das Temperierungsmittel im Gegenstrom mit großer Strömungsgeschwindigkeit in zwei konzentrischen Ringspalten geleitet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, neue und verbesserte Strömungsmuster des Öls in einer rotierbaren Walze, die zur Wärmebehandlung eines Bahnmaterials eingesetzt wird, zu ermöglichen, um damit eine raschere Erwärmung der Walze, eine gleichmäßigere und stabilere Wärme über der ganzen Oberfläche der Walze mit besseren Temperatursteuerungsmöglichkeiten zu erzielen, und die Walze gleichzeitig so bauen zu können, dass sie nicht wesentlichen Temperaturspannungen ausgesetzt ist und auf eine technisch relativ einfache Art und Weise verwirklicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, wie im unabhängigen Verfahrensanspruch angegeben und eine rotierbare Walze wie in den unabhängigen Anwendungsansprüchen angegeben.
Es wird daher erfindungsgemäß versucht, das einströmende erwärmte Öl auf eine neue Weise im Gegenstrom zum ausströmenden Öl fließen zu lassen, so dass die Ölströme einander auf eine Weise beeinflussen, die eine gleichmäßige und stabile Wärme ergibt, die auf das Bahnmaterial, das in Berührung mit der rotierenden Walze geleitet wird, übertragen wird.
Dadurch, dass ein Teil des fluiden Wärmeträgermediums, primär Öl, direkt zum anderen Walzenende geführt wird, werden sehr vorteilhafte Gegenströme des Öls mit sehr günstigem gegenseitigem Wärmeaustausch intern in der Walze erzielt.
Die Umkreisströmungen an den Walzenenden tragen dort zu einer günstigen Wärmeverteilung bei, so dass so genannte „Spots" mit einer wesentlich abweichenden Temperatur im Wärmeübergangsbereich vermieden werden.
Die neue rotierbare Walze kann auf eine technisch einfache Weise aufgebaut werden, vorzugsweise unter Nutzung des in der NO 140 685 B beschriebenen Verfahrens.
Die Erfindung wird jetzt mit dem Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen
1 eine Walze gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in schematischem Längsschnitt zeigt,
2 das Strömungsmuster der Walze in 1 zeigt,
3 eine erfindungsgemäße zweite Walze in schematischem Längsschnitt zeigt,
4 das Strömungsmuster der Walze in 3 zeigt,
4a das Strömungsmuster in 4 genauer in einem ausgefalteten Schnitt zeigt,
5 eine dritte erfindungsgemäße Walzenausführung in schematischem Längsschnitt zeigt, und
6 das Strömungsmuster der Walze in 5 zeigt.
Die drei gezeigten Walzen weisen mehrere im Großen und Ganzen gleiche konstruktive Merkmale auf, die daher in den verschiedenen Figuren dieselben Bezugsziffern tragen.
Die in 1 gezeigte Walze weist einen äußeren Mantel 1 auf, der konzentrisch um einen inneren Mantel 2 angeordnet ist. Die beiden Mantel 1 und 2 sind in dem zwischen ihnen gebildeten Ringraum mit einer Anzahl längsverlaufender Trennwände 19, die eine Anzahl längsverlaufender Strömungskanäle 20 zwischen den Mänteln 1, 2 bilden, miteinander verbunden. Die beiden Mantel 1 und 2 sind an dem einen Ende mit einer ringförmigen Endplatte 3 verbunden, die mit einem Achszapfen 4 verbunden ist. An dem anderen Ende sind die beiden Mantel 1, 2 ebenso mit einer ringförmigen Endplatte 5 verbunden, die mit einer Welle 6 verbunden ist. Im Innern des Walzenraums, der vom inneren Mantel 2 umgeben ist, ist an jedem Ende des inneren Mantels 2 je eine ringförmige innere End-/Trägerplatte 7 bzw. 8 angeordnet. Diese Ringplatten 7, 8 sind je mit den Wellen 4, 6 verbunden. Zwischen der Endplatte 3 und der benachbarten inneren Endplatte 7 ist auch eine ringförmige Trennwand 9 angeordnet, und entsprechend ist zwischen der Endplatte 5 und ihrer benachbarten inneren Endplatte 8 eine ringförmige Trennwand 10 angeordnet. Auf diese Weise werden an dem einen Walzenende eine Sammelkammer 11 und eine Sammelkammer 12 gebildet. Entsprechend an dem anderen Walzenende werden zwei Sammelkammern 13 und 14 gebildet. Der Achszapfen 4 ist hohl und mit konzentrischen Einlässen 15 und Auslässen 16 gestaltet. Diese Ein- und Auslässe 15, 16 sind an einen nicht gezeigten Medium(öl)zirkulator auf an sich bekannte Weise angeschlossen. Von dem ringförmigen Einlass 15 gehen radial gerichtet Öffnungen 17 zur Sammelkammer 11, die damit eine Einspeise-Sammelkammer für das fluide Medium (Öl) ist. Zwischen der Sammelkammer 12 und dem Auslass 16 sind Öffnungen 18 angeordnet, so dass die Sammelkammer 12 eine Rück-Sammelkammer für das Öl ist. Die Strömungsrichtungen können natürlich geändert werden. Die Einspeise-Sammelkammer 11 ist durch Öffnungen 21 mit jedem zweiten Strömungskanal 20 strömungsverbunden, während die Rück-Sammelkammer 12 durch Öffnungen 22 mit den übrigen Strömungskanälen 20 strömungsverbunden ist, siehe auch 2. An dem anderen Walzenende sind wie erwähnt zwei Sammelkammern 13 und 14 gestaltet. Diese wirken als Einspeise-Sammelkammer 13 bzw. Rück-Sammelkammer 14, wobei die Sammelkammer 13 durch Öffnungen 23 mit den Strömungskanälen 20 strömungsverbunden ist, die durch Öffnungen 22 mit der Rück-Sammelkammer 12 strömungsverbunden sind, und die Sammelkammer 14 durch Öffnungen 24 mit den übrigen Strömungskanälen 20 strömungsverbunden ist, die durch Öffnungen 21 mit der Einspeise-Sammelkammer 11 strömungsverbunden sind. Damit fließt das Öl in Gegenströmen 20, wie in 2 gezeigt. Nur ein erster Anteil des Öls fließt von der Einspeise-Sammelkammer 11 zu den Strömungskanälen (jedem zweiten) 20. Ein zweiter, dem ersten entsprechender Anteil, fließt direkt zu der zweiten Einspeise-Sammelkammer 13 durch ein oder mehrere Rohre 25. Der erste Anteil strömt nach der Kanalpassierung durch ein oder mehrere Rohre 26 von der Rück-Sammelkammer 14 direkt zur Rücksammelkammer 12. Dies ist hier nicht dargestellt, aber die Rohre 25, 26 werden mit einer kleinen Ausdehnungsmöglichkeit gestaltet, beispielsweise dadurch, dass jedes Rohr 25, 26 mit einem Dehnungsbalg oder einer zweckmäßigen Rohrführung oder mit beidem versehen oder gestaltet ist, wie dem Fachmann bekannt ist.
In den 3 und 4 ist eine Variante der Ausführung der 1 und 2 gezeigt. Die Walze 1 der 3 weist den gleichen Aufbau wie in 1 auf und die Unterschiede sind nur, dass zwischen der Einspeise-Sammelkammer 11 und den angeschlossenen Strömungskanälen 20 eine ringförmige Einlasskammer 30 gestaltet ist, und eine ringförmige Einlasskammer 31 zwischen der Einspeise-Sammelkammer 13, die mit der Rück-Kammer 14 im Verhältnis zu der in 1 gezeigten Walze den Platz getauscht hat, und den angeschlossenen Strömungskanälen 20. Diese ringförmigen Einlasskammern 30, 31 ergeben an den Walzenenden, wie in den 4 und 4a gezeigt, günstige umkreisgerichtete Strömungen 33, 34, so dass „Spots" vermieden werden.
Die Walze der 5 und 6 hat im Großen und Ganzen auch den gleichen konstruktiven Aufbau wie die Walze in den 1 und 2, aber hier sind die Strömungskanäle 20 zusätzlich mit Hilfe von längsverlaufenden Schirmen 36 zwischen dem inneren Mantel 2 und dem äußeren Mantel 1 so gestaltet, dass in jedem Strömungskanal 20 U-förmige Strömungsbahnen gebildet werden. Wie in 4 haben die Sammelkammern 13, 14 den Platz getauscht. Jede so an die Einspeise-Sammelkammer 11 angeschlossene U-förmige Strömungsbahn weist eine Einlassverzweigung 37 und einen Auslassverzweigung 38 auf. Das Öl fließt über die Einspeise-Sammelkammer 11 und die Öffnungen 21 ein und in die Einlassverzweigung 37 hinein, strömt entlang der Innenseite des Schirms 36 und geht am anderen Walzenende in die Auslassverzweigung 38 über und durch Stutzen 39, die die Einlassverzweigung 37 überspannen, zur Rück-Sammelkammer 12. An dem anderen Walzenende hat die Einspeise-Sammelkammer 13 in jedem zweiten Strömungskanal 20 Strömungsverbindung mit den Einlassverzweigungen 40, während die Sammelkammer 13 das Öl von der Auslassverzweigung 41 durch einen Stutzen 42, wie am ersten Walzenende erhält. Das erzielte Strömungsmuster ist in 6 gezeigt.
Die gezeigten Strömungskanäle sind längsverlaufende achsenparallel Kanäle. Dies ist, wie der Fachmann versteht, nicht unbedingt nötig. Es wären zum Beispiel Kanäle denkbar, die zwischen den Walzenenden in einer mehr oder weniger ausgeprägten Schraubenlinienform verlaufen.

Claims

Verfahren zum Erwärmen einer Mantel-Arbeitsfläche (1) auf einer rotierenden Walze, bei der ein Wärmeträgermedium in benachbarten Kanälen (20) unter der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Hin- und Zurückströmen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmedium im Eintrittssammler (11) in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche vom Eintrittssammler (11) am ersten Walzenende zum zweiten Walzenende und von dort ohne Wärme leitenden Kontakt mit der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Austrittssammler (12) am ersten Walzenende strömt und dass der zweite Teilstrom ohne Wärme leitenden Kontakt mit der Mantel-Arbeitsfläche vom Eintrittssammler (11) am ersten Walzenende zum zweiten Walzenende und von dort im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche (1) zum Austrittssammler (12) am ersten Walzenende strömt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom vom zweiten Walzenende zurück zum Austrittssammler (12) am ersten Walzenende durch von der Mantelarbeitsfläche (1) beabstandete, im Inneren der Walze angeordnete Rohre (26) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom von dem Eintrittssammler (11) zunächst in eine ringförmige Einlasskammer (30) geleitet wird, in der der erste Teilstrom im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche in Umfangsrichtung herumströmt, bevor der erste Teilstrom dann im Wärme leitenden Kontakt unter der Mantel-Arbeitsfläche vom ersten Walzenende zum zweiten Walzenende strömt, und dass der zweite Teilstrom am zweiten Walzenende zunächst in eine ringförmige Einlasskammer (31) geleitet wird, in der der zweite Teilstrom in Wärme leitendem Kontakt mit der Mantel-Arbeitsfläche in Umfangsrichtung herumströmt, bevor der zweite Teilstrom vom zweiten Walzenende zurück zum ersten Walzenende strömt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom vom zweiten Walzenende durch Kanäle (26), die radial innerhalb der erwähnten, unter der Mantel-Arbeitsfläche liegenden benachbarten Kanäle (20) angeordnet sind, zum ersten Walzenende zurückströmt, und dass der zweite Teilstrom von dem ersten Walzenende zu dem zweiten Walzenende durch Kanäle (25), die ebenfalls radial innerhalb der erwähnten unter der Mantelfläche liegenden benachbarten Kanäle (20) angeordnet sind, strömt.
Rotierbare Walze zum Erwärmen eines Bahnenmaterials, enthaltend einen zylindrischen Mantelkörper zwischen einem ersten und zweiten Walzenende, wobei der Mantelkörper einen konzentrischen inneren (2) und äußeren (1) Mantel enthält, die einen dazwischenliegenden ringförmigen Strömungsraum begrenzen, Trennwände (19), die sich zwischen dem inneren und äußeren Mantel (2, 1) erstrecken und im Strömungsraum eine Anzahl abwechselnd erster und zweiter Strömungskanäle (20) begrenzen, wobei jeder Strömungskanal (20) einen Einlass und einen Auslass aufweist; einen am ersten Walzenende angeordneten Eintrittssammler (11), der mit Einlässen der Strömungskanäle (20) in Strömungsverbindung (21) steht, und eine an dem ersten Walzenende angeordneten Austrittssammler (12), der mit Auslässen der Strömungskanäle (20) in Strömungsverbindung (22) steht, gekennzeichnet durch einen zweiten Austrittssammler (14) am zweiten Walzenende, der mit den Auslässen der Strömungskanäle (20) in Strömungsverbindung (23) steht, deren Einlässe mit dem Eintrittssammler (11) an dem ersten Walzenende in Strömungsverbindung (21) stehen, einen zweiten Eintrittssammler (13) am zweiten Walzenende, der mit den Einlässen der Strömungskanäle (20) in Strömungsverbindung (23) steht, deren Auslässe mit dem Austrittssammler (12) an dem ersten Walzenende in Strömungsverbindung (22) stehen, eine direkte Strömungsverbindung (25) ohne Wärme leitenden Kontakt mit dem Mantelkörper zwischen den Eintrittssammlern (11 und 13) an dem ersten und zweiten Walzenende, und eine direkte Strömungsverbindung (26) ohne Wärme leitenden Kontakt mit dem Mantelkörper zwischen den Austrittssammlern (12 und 14) an dem ersten und zweiten Walzenende.
Rotierbare Walze zum Erwärmen eines Bahnenmaterials enthaltend einen zylindrischen Mantelkörper zwischen einem ersten und zweiten Walzenende, wobei der Mantelkörper einen konzentrischen inneren (2) und äußeren Mantel (1) enthält, die einen dazwischen liegenden ringförmigen Strömungsraum begrenzen, Trennwände (19), die sich zwischen dem inneren und äußeren Mantel (2, 1) erstrecken und eine Anzahl abwechselnd erste und zweite Strömungskanäle (20) im Strömungsraum begrenzen, Schirme (36), die sich über einen Teil der Länge der erwähnten Strömungskanäle (20) erstrecken, so dass sich in jedem Strömungskanal (20) eine U-förmige Strömungsbahn bildet, wobei jede der U-förmigen Strömungsbahnen nur zwei Verzweigungen aufweist, bestehend aus einer Einlassverzweigung (37, 40) und einer Auslassverzweigung (38, 41), die im Verhältnis zueinander radial angeordnet sind, einen beim ersten Walzenende angeordneten Eintrittssammler (11), der mit den Einlassverzweigungen (37) in den Strömungskanälen (20) in Strömungsverbindung (21) steht, und einen an dem ersten Walzenende angeordneten Austrittssammler (12), die mit den Auslassverzweigungen (38) der Strömungskanäle (20) in Strömungsverbindung (22) steht, gekennzeichnet durch einen zweiten Eintrittssammler (13) und einen zweiten Austrittssammler (14) an dem zweiten Walzenende, wobei der Eintrittssammler (13) an dem zweiten Walzenende mit den Einlassverzweigungen (40) in den erwähnten zweiten Strömungskanälen (20) in Strömungsverbindung (23) steht, deren Auslassverzweigungen (41) mit dem Austrittssammler (14) an dem zweiten Walzenende in Strömungsverbindung (42) stehen, eine direkte Strömungsverbindung (26) ohne Wärme leitenden Kontakt zu den Mantelkörpern zwischen den beiden Austrittssammlern (12, 14), und eine direkte Strömungsverbindung (25) ohne Wärme leitenden Kontakt zu den Mantelkörpern zwischen den Eintrittssammlern (11, 13).
Rotierbare Walze nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine ringförmige Einlasskammer (30, 31) zwischen jedem der Eintrittssammler (11, 13) und den Strömungskanälen (20).
Rotierbare Walze nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die direkten Strömungsverbindungen (25, 26) ohne Wärme leitenden Kontakt zum Mantelkörper ein oder mehrere, innerhalb des Mantelkörpers angeordnete Rohre (25, 26) zwischen den jeweiligen Sammelkammern (11, 13, 14, 12) enthalten.
Rotierbare Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (25, 26) steife Rohre sind, die Ausdehnungsmittel, insbes. einen Dehnungsbalg und/oder eine Dehnung zulassende Rohrführung, aufweisen.