DE10230168B4

DE10230168B4 - Pegelumsetz-Einrichtung

Info

Publication number: DE10230168B4
Application number: DE10230168A
Authority: DE
Inventors: Martin Brox; Alessandro Minzoni
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: DE10230168A1; US6954099B2; DE10230168B9; US20040075493A1

Abstract

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, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportanordnung mehrere im Zapfen radial verlaufende, verschlossene Kanäle (9) aufweist.

Description

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalze mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betreiben zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Heizwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Wärmetransportanordnung mehrere im Zapfen radial verlaufende, verschlossene Kanäle aufweist.

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.

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.

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.

Vorzugsweise sind die Kanäle bis in einen Mittenbereich des Zapfens geführt.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Zapfen einer Walze und
2 eine schematische Längsschnittansicht eines Ausschnitts aus einer Walze.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Alternativ kann man auch den Dampfdruck beim Verdampfen messen und den Kanal beim Erreichen eines definierten Dampfdrucks verschließen.

Claims

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, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportanordnung mehrere im Zapfen radial verlaufende, verschlossene Kanäle (9) aufweist.
Heizwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Enden der peripheren Bohrungen (4) Isoliermittel (8) vorgesehen sind.
Heizwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportanordnung in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Wärmeträgers steuerbar ist.
Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) bis in einen Mittenbereich des Zapfens (5) geführt sind.
Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) den peripheren Bohrungen (4) dicht benachbart angeordnet sind.
Heizwalze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die peripheren Bohrungen (4) in die Zapfen (5) hinein erstrecken.
Heizwalze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) eine verdampfbare Flüssigkeit enthalten.
Heizwalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (12) im Kanal (9) einen Siedepunkt aufweist, der unterhalb einer minimalen Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers liegt.
Heizwalze nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (9) eine radial äußere Begrenzung (11) aufweist, die im Bereich der äußeren radialen Begrenzung der peripheren Bohrungen (4) liegt.
Heizwalze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal (9) eine Masse der verdampfbaren Flüssigkeit (12) enthalten ist, die ab einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers vollständig verdampft ist.
Heizwalze nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) vollständig mit dem zweiten Wärmeträger (12) gefüllt sind, der unterhalb einer vorbestimmten Temperatur teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vorliegt.
Verfahren zum Herstellen einer Heizwalze mit einem Korpus, der periphere Bohrungen und Zapfen an den Enden des Korpus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man radiale Kanäle in den Zapfen erzeugt, in diese eine verdampfbare Flüssigkeit einführt und sie verschließt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man, wenn die Flüssigkeit eine Gasphase aufweist, die ein höheres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, vor dem Verschließen eines Kanals den Zapfen beheizt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, 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.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, 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.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kanal bei Erreichen eines vorbestimmten Dampfdrucks verschließt.