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Die
Erfindung betrifft eine Heizwalze mit einem Korpus, der an seinem
axialen Ende mit Zapfen versehen ist und periphere Bohrungen aufweist,
die von einem ersten Wärmeträger durchströmbar sind, wobei
in mindestens einem Zapfen eine Wärmetransportanordnung mit einem
bewegbaren zweiten Wärmeträger vorgesehen
ist, mit der Wärme
von radial außen
nach radial innen transportierbar ist. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen einer Heizwalze mit einem Korpus, der
periphere Bohrungen und Zapfen an den Enden des Korpus aufweist.
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Eine
Heizwalze der eingangs genannten Art ist aus
DE 43 17 873 C2 bekannt.
Diese Heizwalze weist einen hohlen Walzenkörper auf, der in seiner Wand
mit peripheren Bohrungen versehen ist. Im Betrieb wird an den Walzenenden,
also im Bereich der Zapfen, nicht genügend Wärme durch eine Papierbahn abtransportiert.
Dadurch weiten sich die Walzenenden auf. Um dieses Aufweiten zu vermeiden,
ist neben dem Kanalsystem für
ein Wärmeträgermedium,
das die Beheizung bewirken soll, ein zweites Kanalsystem für ein Kühlmedium
vorgesehen. Das Kühlmedium
wird im einen Walzenzapfen eingespeist und verteilt sich dort in
radialer Richtung. Das Kühlmedium
durchströmt
dann den Walzenkörper
in axialer Richtung und wird am anderen Walzenzapfen wieder entnommen.
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DE 195 38 236 A1 zeigt
eine weitere Heizwalze, deren achsparallele Bohrungen mit Dampf
versorgt werden. Wenn der Dampf Wärme an die Walze abgibt, bildet
sich Kondensat, das aus der Walze entfernt werden muß. Hierzu
sind radial verlaufende Kanäle
vorgesehen, die das Kondensat aus den peripheren Bohrungen entnehmen
und radial nach innen führen.
Die Kanäle
sind als Ableitrohre so ausgebildet, daß sie eine Vermischung, vorzugsweise
eine Verwirbelung, von Kondensat und Dampf verursachen.
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DE 199 57 847 C1 zeigt
eine weitere Heizwalze mit peripheren Bohrungen in einem Korpus,
der an seinen axialen Enden mit Zapfen versehen ist. Die peripheren
Bohrungen werden von einem Wärmeträgermedium
durchströmt,
das durch den Zapfen zugeführt
wird. An den axialen Enden der peripheren Bohrungen sind isolierende
Hülsen
angeordnet.
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DE 195 11 086 A1 zeigt
eine dampfbeheizte Walze mit Kühlung,
bei der Wasserdampf durch periphere Bohrungen geführt wird.
Die peripheren Bohrungen sind mit einer Kühleinrichtung verbindbar. Wenn
es erforderlich ist, die Walze zu kühlen, wird die Kühleinrichtung
eingeschaltet und die Durchflußrichtung
des Wärmeträgermediums
umgekehrt. Man kann auch dem zurückfließenden Wär meträger ein Wärmeträgerkondensat
beimischen, um eine geregelte Kühlung
der Walze zu erreichen.
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DE 296 22 957 U1 zeigt
eine weitere beheizbare Walze, in deren peripheren Bohrungen Heizelemente,
beispielsweise elektrische Heizelemente, angeordnet sind. Der verbleibende
Raum der peripheren Bohrungen ist mit einer Flüssigkeit zumindest teilweise
gefüllt.
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DE 30 14 891 A1 zeigt
eine temperaturgeregelte Hohlwalze, in der ein Verdrängerkörper angeordnet
ist. Ein flüssiger
Wärmeträger kann
durch einen Spalt zwischen dem Verdrängerkörper und der Innenwand der
Hohlwalze geleitet werden. Im Bereich der Walzenzapfen ist eine
zusätzliche
Sonderzuführleitung
für Wärmeträger vorgesehen,
die einen Teil des Walzenmantels axial außerhalb des Verdrängerkörpers mit
Wärmeträger beaufschlagt.
Damit möchte
man die Endbereiche des Walzenmantels unabhängig von dem Korpus erwärmen oder
kühlen können.
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DE 195 13 500 C2 beschreibt
eine weitere Heizwalze, deren periphere Bohrungen über radial verlaufende
und im Walzenzapfen angeordnete Kanäle versorgt werden. Ein Teilstrom
des für
die Beheizung der Walze verwendeten Fluids wird zwischen dessen
Vor- und Rücklauf
umgeleitet, so daß der Zapfen
in seinem zentralen Bereich erwärmt
oder gekühlt
werden kann.
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DE 198 19 072 C1 zeigt
eine weitere dampfbeheizte Walze mit einer durch periphere Bohrungen gebildeten
Heizraumanordnung, die über
eine Speiseleitung mit Dampf beschickbar ist. Ferner ist eine Abflußleitung
mit den peripheren Bohrungen verbunden, um Kondensat radial nach
innen abführen
zu können.
Die Abflußleitung
ist mit einem Kondensatsammelraum verbunden. Der Kondensatsammelraum
wiederum kann mit einer Treibdampfanordnung verbunden werden. Hierzu
ist ein Mehrwegeventil vorgesehen.
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Heizwalzen
dienen beispielsweise bei der Herstellung einer Papierbahn dazu,
eine gewisse Wärmemenge
in die Papierbahn einzutragen, um sie zu erhitzen, wenn sie einen
Nip oder Walzenspalt durchläuft,
der durch die Heizwalze begrenzt ist. Hierzu ist die Heizwalze vielfach
in einem Kalander angeordnet, der auch mehr als einen Nip aufweisen kann.
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Die
Beheizung der Heizwalze erfolgt dadurch, daß ein Wärmeträger durch die peripheren Bohrungen
des Korpus strömt.
Der Korpus ist vielfach als Rohr ausgebildet, in dessen Wand die
peripheren Bohrungen angeordnet sind. Man unterscheidet hierbei
zwischen Mono-Pass-, Duo-Pass- und Tri-Pass-Walzen und zwar in Abhängigkeit
davon, ob der Wärmeträger bei
einem Durchlauf durch die Walze eine, zwei oder drei periphere Bohrungen über die axiale
Länge der
Walze durchströmt.
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Bei
Walzentypen, bei denen der Wärmeträger den
Zapfen nicht großflächig durchströmt oder anströmt, also
im Zapfen oder vor dem Zapfen nur umgelenkt wird, kommt es zu folgendem
Problem:
Wenn die Heizwalze für hohe Temperaturen ausgelegt
ist, dann werden vielfach Isolierhülsen in dem Teil der peripheren
Bohrungen eingebracht, der nicht im Bereich der Papierbahnbreite
liegt. Dies ist beispielsweise aus der oben genannten
DE 199 57 847 C1 bekannt.
Damit wird verhindert, daß sich
die Walze im Randbereich bei hohen Vorlauftemperaturen, bei denen
entsprechend große
Wärmemengen
an die Papierbahn abgegeben werden, an den Rändern zu stark aufheizt. Dort
besteht nämlich
die Möglichkeit
der Wärmeabgabe
nicht im gleichen Maße. Durch
die Isolierhülsen
wird also eine thermische Aufweitung der Walze an den axialen Rändern vermieden.
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Wird
jedoch eine derartige randisolierte Walze mit niedrigeren Vorlauftemperaturen
betrieben, so kehrt sich aufgrund der geringen Wärmeabgabe an die Papierbahn
dieser Effekt um. Der Korpus wird aufgrund der Wärmezufuhr vergrößert. Die
Zapfen erhalten weniger Wärme.
Sie bleiben kälter.
Dies hat ein Einschnüren
der Walze an den axialen Rändern zur
Folge und führt
somit zu dicken Papierenden, was unerwünscht ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalze mit unterschiedlichen
Vorlauftemperaturen betreiben zu können.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Heizwalze der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die Wärmetransportanordnung
mehrere im Zapfen radial verlaufende, verschlossene Kanäle aufweist.
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Wenn
der erste Wärmeträger eine
niedrigere Vorlauftemperatur hat, dann wird, wie oben angegeben,
der Zapfen nicht ausreichend beheizt. Zwar wird der Zapfen in dem
Bereich, wo er mit dem ersten Wärmeträger Kontakt
hat oder zumindest den Bereichen des Korpus so eng benachbart ist,
daß die
vom ersten Wärmeträger herangeführte Wärme auch
an den Zapfen gelangt, auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Diese
Temperaturerhöhung
reicht aber nicht aus, um den Zapfen insgesamt so weit auszudehnen, daß er der
Dehnung des Korpus folgen kann. Wenn man nun zusätzlich eine Wärmetransportanordnung mit
einem zweiten Wärmeträger vorsieht,
dann kann man dieses Problem auf elegante Weise umgehen. Man begnügt sich
nicht mehr mit der Wärmeleitung durch
den Zapfen, die in der Regel vorhanden ist, weil der Zapfen aus
einem metallischen und damit wärmeleitenden
Werkstoff gebildet ist. Man sieht vielmehr eine zusätzliche
Wärmetransportanordnung vor,
mit der durch den zweiten Wärmeträger bewußt Wärme aus
den radial äußeren Bereichen
des Zapfens in radial innere Bereiche transportiert werden kann.
Damit wird zunächst
einmal eine Möglichkeit geschaffen,
daß der
Zapfen radial weiter außen
mehr Wärme
aufnehmen kann. Wenn dort nämlich
Wärme abgeführt wird,
dann entsteht automatisch wieder eine Temperaturdifferenz zwischen
dem Zapfen und dem Korpus. Der Temperaturgradient bewirkt dann den
gewünschten
Wärmetransport.
Gleichzeitig wird der Zapfen nicht nur radial außen beheizt, sondern auch radial
innen, so daß er
sich relativ gleichmäßig ausdehnen
kann. Die Dehnung des Zapfens insgesamt kann dann in guter Näherung der
Dehnung des Korpus folgen. Der Wärmetransport
von radial außen nach
radial innen wird mit Hilfe des zweiten Wärmeträgers bewirkt. Die Bezeichnung "radial" bedeutet nicht unbedingt,
daß die
Kanäle
nach Art von Radialstrahlen zur Walzenachse geführt sind. Es reicht aus, wenn
sie von radial außen
nach radial innen geführt sind.
Hierbei können
sie durchaus auch einen gewissen Winkel mit Radialstrahlen der Walze
einschließen.
In den Kanälen
kann sich der zweite Wärmeträger bewegen,
so daß er
Wärme außen aufnehmen und
innen abgeben kann.
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Diese
Ausgestaltung ist besonders bevorzugt dann, wenn im Bereich der
Enden der peripheren Bohrungen Isoliermittel vorgesehen sind. In
diesem Fall stellt sich nämlich
das Problem des fehlenden Wärmeübergangs
vom Korpus auf den Zapfen besonders, weil auch dem axialen Ende
des Korpus dann weniger Wärme
zugeführt
wird.
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Vorzugsweise
ist die Wärmetransportanordnung
in Abhängigkeit
von der Temperatur des ersten Wärmeträgers steuerbar.
Mit dieser Ausgestaltung erreicht man, daß der Wärmetransport bei einer höheren Vorlauftemperatur des
ersten Wärmeträgers vermindert
oder sogar unterbunden werden kann. Man kombiniert also die Vorteile
einer verminderten Zapfenbeheizung bei höheren Vorlauftemperaturen mit
einer stärkeren
Zapfenbeheizung bei niedrigeren Vorlauftemperaturen des ersten Wärmeträgers.
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Vorzugsweise
sind die Kanäle
bis in einen Mittenbereich des Zapfens geführt.
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Vorzugsweise
sind die Kanäle
den peripheren Bohrungen dicht benachbart angeordnet. Damit wird
der Wärmeübergang
vom ersten Wärmeträger auf
den zweiten Wärmeträger erleichtert.
Der erste Wärmeträger und
der zweite Wärmeträger sind
nur durch wenig Material voneinander getrennt. Damit kann man einerseits
getrennte Medien für
den ersten und den zweiten Wärmeträger verwenden,.
andererseits aber einen guten Wärmetransport
gewährleisten.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die peripheren Bohrungen in die Zapfen hinein. Dies
hat mehrere Vorteile. Zum einen kann man dann in den Zapfen die Umlenkung
des Stromes des ersten Wärmeträgers bewirken.
Zum anderen erreicht man auf diese Weise, daß der erste Wärmeträger den
Zapfen berührt und
zwar auf einer relativ großen
Fläche.
Dies erleichtert wiederum den Wärmeübergang
vom ersten Wärmeträger in den
Zapfen.
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Vorzugsweise
enthalten die Kanäle
eine verdampfbare Flüssigkeit.
Der Wärmetransport
erfolgt dann dadurch, daß die
Flüssigkeit
an den wärmeren Stellen,
also radial außen,
verdampft wird und an den kühleren
Stellen, also radial innen, unter Wärmeabgabe wieder konden siert.
Die Flüssigkeit
wird dann durch die Zentrifugalkraft der Walze, die beim Betrieb auf
die Flüssigkeit
wirkt, wieder radial nach außen geschleudert,
wo sie erneut aufgeheizt werden kann.
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Bevorzugterweise
weist die Flüssigkeit
im Kanal einen Siedepunkt auf, der unterhalb einer minimalen Vorlauftemperatur
des ersten Wärmeträgers liegt.
Damit ist sichergestellt, daß die
Flüssigkeit dann
verdampfen kann, wenn der erste Wärmeträger dem Zapfen Wärme zuführt. Der
Siedepunkt ist von der Flüssigkeit
selbst abhängig,
aber auch vom Druck, der im Kanal herrscht. Man kann daher beispielsweise
mit Hilfe des Drucks eine Einstellung des Siedepunkts vornehmen.
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Bevorzugterweise
weist jeder Kanal eine radial äußere Begrenzung
auf, die im Bereich der äußeren radialen
Begrenzung der peripheren Bohrungen liegt. Eine derartige Begrenzung
kann beispielsweise durch einen Stopfen gebildet werden, der von außen in den
Kanal eingesetzt wird, um den Kanal zu verschließen. Dadurch, daß man den
Kanal radial außen
ungefähr
dort begrenzt, wo auch die peripheren Bohrungen etwa radial außen enden,
wird sichergestellt, daß die
Flüssigkeit,
die sich im Betrieb aufgrund der Zentrifugalkraft an der radial äußeren Begrenzung
sammelt, auf kurzem Weg mit der notwendigen Wärme versorgt wird, so daß sie verdampfen kann.
Der Weg für
die zu übertragende
Wärme wird dadurch
kurz gehalten.
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Vorzugsweise
ist in jedem Kanal eine Masse der verdampfbaren Flüssigkeit
enthalten, die ab einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten
Wärmeträgers vollständig verdampft
ist. Wenn der erste Wärmeträger eine
niedrige Vorlauftemperatur hat, dann überträgt er entsprechend auch nur
wenig Wärme
an den Walzenzapfen. Diese Wärme
wird dann durch die verdampfbare Flüssigkeit radial nach innen übertragen,
so daß der
Zapfen insgesamt besser beheizt wird. Dieser Effekt ist allerdings
nur bei niedrigen Vorlauftemperaturen gewünscht. Bei höheren Vorlauftemperaturen
soll nicht mehr so viel Wärme
in den Zapfen eingetragen werden. Wenn man nun nur so viel Flüssigkeit
einfüllt,
daß diese
Flüssigkeit
vollständig
oberhalb einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers verdampft,
dann liegt der zweite Wärmeträger oberhalb
dieser Vorlauftemperatur in Gasform vor. In diesem Fall schaltet
sich der oben beschriebene Wärmetransport
mit Hilfe des zweiten Wärmeträgers automatisch
ab, da das Gas ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Es wird zwar noch
ein gewisser Wärmetransport
durch Konvektion stattfinden. Da diese Konvektion aber nicht mehr
mit einer Zwangsströmung
verbunden ist, wie beim Verdampfen der Flüssigkeit, ist der Wärmetransport
außerordentlich
gering.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kanäle vollständig mit dem
zweiten Wärmeträger gefüllt sind,
der unterhalb einer vorbestimmten Temperatur teilweise in flüssiger und
teilweise in gasförmiger
Form vorliegt. Zur Steigerung des Wärmetransports ist es vorteilhaft,
wenn sich in den Kanälen
keine Luftmassenanteile befinden. Wenn man nun dafür sorgt,
daß der
zweite Wärmeträger in den
Kanälen
teilweise in flüssiger
und teilweise in gasförmiger
Form vorliegt, dann kann man erreichen, daß die Luftmassen anteile vollständig oder
zumindest nahezu vollständig
verdrängt werden.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß man
radiale Kanäle
in den Zapfen erzeugt, in diese eine verdampfbare Flüssigkeit
einführt
und sie verschließt. Die
verdampfbare Flüssigkeit
bildet dann den oben beschriebenen zweiten Wärmeträger, mit dem es möglich ist,
Wärme von
radial außen
nach radial innen zu transportieren, so daß bei niedrigen Vorlauftemperaturen
des ersten Wärmeträgers, der
durch die peripheren Bohrungen geführt wird, ein Wärmetransport
im Zapfen selbst erfolgt, der zu einer gleichmäßigen Beheizung des Zapfens
und damit zu einer gleichmäßigen Aufweitung
des Zapfens und des Korpus führt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man, wenn
die Flüssigkeit
eine Gasphase aufweist, die ein höheres spezifisches Gewicht
als Luft aufweist, vor dem Verschließen eines Kanals den Zapfen
beheizt. Durch das Beheizen des Zapfens wird die Flüssigkeit
zumindest teilweise verdampft und zwar so lange, bis sie die Luft
aus dem Kanal verdrängt
hat. Wenn man danach den Kanal verschließt, ist der Kanal vollständig mit
dem zweiten Wärmeträger gefüllt und
zwar teilweise in flüssiger Form
und teilweise in gasförmiger
Form.
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In
einer Alternative ist vorgesehen, daß man, wenn die. Flüssigkeit
eine Gasphase aufweist, die ein geringeres spezifisches Gewicht
als Luft aufweist, den Kanal vollständig füllt, den Zapfen beheizt und ausströmende Flüssigkeit
ableitet. Hierbei ist es durchaus möglich, daß die ausströmende Flüssigkeit in
Gasform vorliegt. Wenn genügend
Flüssigkeit
oder Gas aus dem Kanal verdrängt
worden ist, dann hat man ebenfalls eine Füllung erreicht, die teilweise
in flüssiger
Form und teilweise in Gasform vorliegt.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
die Masse der eingeleiteten Flüssigkeit
ermittelt und die Masse der ausströmenden Flüssigkeit ermittelt und bei
Erreichen einer vorbestimmten Differenz zwischen den Massen den
Kanal verschließt.
Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit,
sicherzustellen, daß der
Kanal nach dem Herstellen eine vorbestimmte Masse der Flüssigkeit
enthält.
Diese Masse ist, wie oben ausgeführt,
so bemessen, daß oberhalb
einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers die Flüssigkeit
vollständig
verdampft ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann man vorsehen, daß man
den Kanal bei Erreichen eines vorbestimmten Dampfdrucks verschließt. Auch
auf diese Weise ist es möglich,
sicherzustellen, daß eine
genau abgemessene Masse der Flüssigkeit
im Kanal verbleibt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht
durch einen Zapfen einer Walze und
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2 eine schematische Längsschnittansicht
eines Ausschnitts aus einer Walze.
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Eine
Walze 1 weist einen Korpus 2 auf, der als Rohr
ausgebildet ist. Die Walze 1 weist eine Oberfläche 3 auf,
die beheizt sein soll. Zu diesem Zweck sind im Korpus 2 eine
Vielzahl von peripheren Bohrungen angeordnet, die in Umfangsrichtung
gleichmäßig verteilt
sind. Im vorliegenden Fall sind zwölf Bohrungen 4 vorgesehen,
die mit einem Abstand von 30° in
Umfangsrichtung angeordnet sind. In nicht näher dargestellter Weise sind
die peripheren Bohrungen 4 mit einem Anschluß verbunden,
durch den ein erster Wärmeträger, vorzugsweise
eine Flüssigkeit, wie
heißes
Wasser oder heißes Öl, oder
ein Gas, wie Dampf, zugeführt
werden können.
An ihren Stirnseiten weist die Walze 1 Zapfen 5 auf.
Der Zapfen 5 weist einen Wellenstummel 6 auf,
mit dessen Hilfe die Walze in einer Walzenmaschine, beispielsweise einem
Kalander, drehbar gelagert werden kann. Im übrigen ist der Zapfen 5 im
wesentlichen flächig
ausgebildet.
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Der
Außendurchmesser
des Zapfens 5 stimmt im vorliegenden Fall praktisch mit
dem Außendurchmesser
des Korpus 2 überein.
Es ist aber auch möglich,
daß der
Zapfen 5 einen geringfügig kleineren
Durchmesser als der Korpus 2 aufweist.
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Auf
der dem Korpus 2 zugewandten Seite des Zapfens 5 ist
eine Ausnehmung 7 vorgesehen, die zur Umlenkung des ersten
Wärmeträgers aus
einer peripheren Bohrung 4 in eine benachbarte periphere
Bohrung vorgesehen ist. Wenn der erste Wärmeträger durch nur eine periphere
Bohrung 4 geleitet wird, handelt es sich um eine Mono-Pass-Walze. Wenn der erste
Wärmeträger durch
eine periphere Bohrung 4 hin und durch eine benachbarte
periphere Boh rung zurückgeleitet
wird, dann bezeichnet man eine derartige Walze als Duo-Pass-Walze.
Es ist auch möglich,
daß der
Wärmeträger durch
zwei periphere Bohrungen in eine Richtung und durch eine weitere
periphere Bohrung in die entgegengesetzte Richtung geleitet wird,
bevor er die Walze 1 wieder verläßt. In diesem Fall handelt
es sich um eine Tri-Pass-Walze.
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Im
Bereich der axialen Enden der peripheren Bohrungen 4 ist
jeweils eine Isolierhülse 8 vorgesehen.
Durch die Isolierhülse 8 wird
ein Wärmeübergang
von dem Wärmeträger aus
der peripheren Bohrung 4 in den Korpus 2 der Walze 1 vermindert.
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Im
Zapfen 5 sind mehrere Kanäle 9 angeordnet, die
sich, wie dies aus 1 ersichtlich
ist, radial zur Achse 10 erstrecken. Es ist dabei aber
nicht unbedingt erforderlich, daß die Kanäle 9 parallel zu Radialstrahlen
zur Achse 10 verlaufen.
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Die
Kanäle 9 sind
radial außen
durch Stopfen 11 verschlossen. Die radiale Innenseite des
Stopfens 11 befindet sich ungefähr dort, wo sich die radial äußere Stelle
der peripheren Bohrung 4 befindet.
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In
jeden Kanal 9 ist eine Flüssigkeit 12 eingefüllt. Dargestellt
ist die Situation im Betrieb, wo sich die Walze dreht. Beim Drehen
der Walze 1 wird die Flüssigkeit 12 aufgrund
der Zentrifugalkraft gegen den Stopfen 11 gedrückt, befindet
sich also am radial äußeren Ende
des Kanals 9.
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Wenn
die Heizwalze 1 für
hohe Temperaturen ausgelegt ist, dann werden die Isolierhülsen 8 in das
axiale Ende der peripheren Bohrungen 4 eingebracht, also
in den Teil der Bohrungen 4, der nicht im Bereich. der
Breite einer Papierbahn liegt, die mit der Heizwalze 1 behandelt
wird. Bei einer derartigen Behandlung gibt die Walze mit hoher Temperatur
einen relativ hohen Anteil der Wärme
an die Papierbahn ab. Diese Wärmeabgabe
fehlt dort, wo die Papierbahn (nicht dargestellt) auf der Walze
aufliegt. Dementsprechend könnten
sich ohne die Isolierhülsen 8 die Zapfen 5 und
der benachbarte Bereich des Korpus 2 stark aufheizen. Dies
würde zu
einer thermischen Aufweitung der Walze 1 an den Rändern führen. Diese
thermische Aufweitung wird durch die Isolierhülsen 8 vermieden.
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Wird
jedoch eine derartige randisolierte Walze mit niedrigen Vorlauftemperaturen
betrieben, so kehrt sich aufgrund der geringen Wärmeabgabe an die Papierbahn
dieser Effekt um. In diesem Fall folgen zu kalte Walzenzapfen, insbesondere
an der Antriebsseite der Walzen. An der Führerseite der Walzen wird der
Effekt teilweise dadurch kompensiert, daß der erste Wärmeträger zu den
peripheren Bohrungen 4 durch den Walzenzapfen 5 hindurchgeführt wird.
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Bei
zu kalten Walzenzapfen 5 ergibt sich ein Einschnüren der
Walze 1 an den Rändern,
d.h. an den axialen Enden. Dies führt zu dicken Papierbahnenden.
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Durch
die dargestellte Konstruktion wird dieser Effekt verhindert. Die
Flüssigkeit 12 erlaubt
es, die Wärmezufuhr
zum Zapfen 5 zu verstärken
und zwar nur bei nied rigen Vorlauftemperaturen des ersten Wärmeträgers. Bei
hohen Vorlauftemperaturen soll die Wärmezufuhr durch die installierten
Isolierhülsen 8 reduziert
werden.
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Die
Flüssigkeit 12 bildet
einen zweiten Wärmeträger, der
getrennt vom ersten Wärmeträger, der durch
die peripheren Bohrungen 4 strömt, arbeiten kann. Die Flüssigkeit 12 ist
ein Fluid, das einen Siedepunkt unterhalb der minimalen Vorlauftemperatur des
ersten Wärmeträgers hat.
Hierzu eignen sich besonders handelsübliche Kältemittel, die z.B. bei Atmosphärendruck
einen Siedepunkt bei ca. 30°C
haben.
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Die
Kanäle 9,
die als radiale Sacklochbohrungen ausgebildet sind, haben einen
möglichst
kleinen Abstand zu den peripheren Bohrungen 4 oder zu den
Ausnehmungen 7, die einen Umlenkpunkt zwischen zwei benachbarten
peripheren Bohrungen im Zapfen 5 bilden. Hierdurch wird
ein möglichst
guter Wärmeübergang
vom ersten Wärmeträger auf
die Flüssigkeit 12 erreicht.
Wie oben ausgeführt,
befindet sich durch die bei der Rotation der Walze auftretenden
Fliehkräfte
die Flüssigkeit 12 immer
am radial äußeren Ende
des Kanals 9 und damit in unmittelbarer Nähe der Wärmezufuhr
durch den ersten Wärmeträger.
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Die
Flüssigkeit 12 wird
somit bei höheren Temperaturen
in dem verschlossenen Kanal 9 sieden. Es verdampft jedoch
nur so viel Flüssigkeit,
bis der Druck im Kanal 12 auf den temperatur- und druckabhängigen Siededruck
angestiegen ist. Die verdampfte Flüssigkeit kondensiert an den
kälteren Flächen zur
Mitte des Zapfens 5 hin, wodurch der Druck wieder sinkt,
und wird wieder der siedenden Flüssigkeit 12 zugeführt. Durch
diesen Kreis lauf (Verdampfen-Kondensieren), dem sogenannten "Heatpipe-Effekt" wird Wärme direkt
der kalten Zapfenmitte zugeführt.
Die Kanäle 9 sind
dabei bis in einen mittleren Bereich erstreckt, d.h. sie erstrecken
sich bis in die lichte Weite des Wellenstummels 6.
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Da
dieser Effekt nur bei niedrigen Vorlauftemperaturen gewünscht ist,
wird die Masse der eingefüllten
Flüssigkeit
so dimensioniert, daß oberhalb einer
definierten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers die gesamte Flüssigkeit 12 verdampft
ist, also die gesamte in einen Kanal 9 eingefüllte Masse im
gasförmigen
Zustand vorliegt. in diesem Fall schaltet sich der beschriebene
Wärmetransport
automatisch ab, da das Gas ein sehr schlechter Wärmeleiter ist.
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Zur
Steigerung des Wärmetransportes
ist es vorteilhaft, wenn sich im Kanal 9 keine Luftmassenanteile
befinden, d.h. der Kanal 9 vollständig mit Flüssigkeit 12 oder ihrer
Gasphase gefüllt
ist. Je nach dem Verhältnis
der spezifischen Gewichte von Luft zur Gasphase der Flüssigkeit 12 sind
verschiedene Befüllungsverfahren
möglich:
Man
kann, wenn die Gasphase des Kältemittels
ein höheres
spezifisches Gewicht als Luft aufweist, die Flüssigkeit 12 in den
Kanal 9 einfüllen,
den Zapfen kurz beheizen und dann den Kanal 9 verschließen. In diesem
Fall ist man sicher, daß die
Gasphase der Flüssigkeit 12 die
gesamte Luft aus dem Kanal verdrängt
hat.
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Wenn
das spezifische Gewicht der Luft höher ist als das spezifische
Gewicht der Gasphase der Flüssigkeit 12, dann
wird man einen Kanal 9 vollständig mit der Flüssigkeit 12 befüllen. Danach
wird die Walze 1 oder zumindest der Zapfen 5 auf
den oben definierten Umschaltpunkt aufgeheizt, d.h. so weit, daß die Flüssigkeit 12 verdampft.
Dabei leitet man ausströmende
Flüssigkeit 12 in
einen verschlossenen Behälter
ab und wiegt die ausgeströmte
Masse ab. Wenn man zuvor die eingefüllte Masse der Flüssigkeit 12 ermittelt
hat, kann man aus der Masse der entwichenen Flüssigkeit zuverlässig darauf
schließen,
wie viel Flüssigkeit 12 im
Kanal 9 verblieben ist. Wenn die Differenz zwischen der
ursprünglich
eingefüllten
Masse und der ausgeströmten
Masse einen vorbestimmten Wert erreicht hat, befindet sich eine vorbestimmte
Masse an Flüssigkeit
im Kanal 9. Der Kanal 9 kann dann verschlossen
werden.
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Alternativ
kann man auch den Dampfdruck beim Verdampfen. messen und den Kanal
beim Erreichen eines definierten Dampfdrucks verschließen.