DE1451245A1

DE1451245A1 - Waermeaustauschwalze

Info

Publication number: DE1451245A1
Application number: DE19641451245
Authority: DE
Inventors: Pendleton Pyan L
Original assignee: Bevis Industries Inc
Current assignee: Bevis Industries Inc
Priority date: 1963-12-16
Filing date: 1964-06-04
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB1000235A; US3208513A; DE1451245C3; DE1451245B2

Description

Dr. Karl Teucke U51245

Mai 1964- Dr.Sk/Schi. Docket No. 953

Dr. Expl

MBSHALL MD WILLIAMS 46 Baker Street, Providence (Rhode Island)

Wärmeaustauschwalze

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschwalze und insbesondere eine solche, durch die ein strömendes Medium für die Wärmeübertragung umläuft, um die Temperatur an der Oberfläche der Walze zu regeln«

Es sind schon sehr viele Versuche gemacht worden, die auf die Entwicklung von Wärmeaustauschwalzen abzielten, die Durchlässe für die Strömung des Mediums für die Wärmeübertragung aufweisen, um auf diese Weise die Temperatur der Walze regeln zu können.

Bei diesen bekannten Walzen mit allen möglichen Formen von Durchlässen wurde bisher noch nicht versucht, die Strömungsmenge des Mediums für die Wärmeübertragung oder das Volumen des strömenden Mediums für den Durchgang durch die Durchlässe zu regeln·

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Insbesondere beim Strecken plastischer Filme ist es unerläßlich, den Film gleichmäßig zu erwärmen und an der Wärmeaustauschweise eine absolut konstante Temperatur aufrecht zu . erhalten, wenn der Film gleichmäßig gestreckt werden soll·

Mit Ausnahme der eigenen Entwicklung einer Wärmeaus tauschwalze des Erfinders der vorliegenden Erfindung hatten die bisherigen Wärmeaustauschwalzen keine Einrichtung zur Er zielung eines gleichförmigen Temperaturpegels in der Längsrichtung und am Umfang der Wärmeaustauschwalze.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeaustauschwalze zu schaffen, die Ventile aufweist, mit deren Hilfe die Strömung eines strömenden Mediums für die Zwecke des Wärmeaustauschs, insbesondere seine Strömungsmenge, beim Durchströmen durch die Durchlässe in der Walze regelbar ist, so daß man auf diese Weise eine gleichmäßige Temperatur sowohl in der Längsrichtung als über die gesamte Umfangsflache der Walze erhält.

Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung günstigster Wärmeübertragungsverhältnisse in einer Wärmeaustauscnwalze, die sich aus dem gewundenen Weg für das erwärmte Medium durch eine neuartige Anordnung der Durchlässe im Innern der Walze ergibt.

Zur.Zielsetzung der Erfindung .gehört es außerdem, die Wärmeaustauschwalze so zu gestalten, daß ein erwärmtes oder

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ein abgekühltes Medium aufgenommen und in Umlauf gebracht wer-

den kann, so daß die Oberfläche der Walze entweder gleichförmig erwärmt oder gleichförmig abgekühlt wird.

Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung hervorgehen, in der auf die Zeichnung Bezug genommen werden wird.

In der Zeichnung, in der gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern tragen, ist;
Fig. 1 die Ansicht eines Längsschnitts nach Linie 1-1 der Fig.5, aus der man den inneren Aufbau der Wärmeaustauschwalze

nach der Erfindung erkennen kann, Fig. 2 die Ansicht eines Querschnitts nach Linie 2-2 der Fig.1

bei Blickrichtung in Richtung der eingezeichneten Pfeile, Fig. 3 die Ansicht eines ähnlichen Schnitts, jedoch nach Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 die Ansicht eines Schnitts nach Linie 4-4 der Fig. 1, Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausfuhrungsform der Wärmeaustauschwalze und
Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung eines Verteilers für die Speiseleitung, teilweise im Schnitt*

Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, besteht die Wärmeaustäuschwalze 11 aus einem Gehäuse in Form eines äußeren länglichen und hohlen Zylinders 12, der eine Oberfläche 13 für die Zwecke des Wärmeaustausches aufweist, aus einem innenliegenden länglichen Hohlzylinder 14, einer linken Abschlußplatte 15 mit

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einer axialen Bohrung 22 und einer rechten Abschlussplatte 16 mit einer axialen Bohrung 23· Die linke Abschlußplatte 15 ist. an der Stelle 17 an die Innenfläche 18 des äußeren länglichen. Hohlzylinders 12 angeschweißt. Die rechte Abschlußplatte 16 ist an der Stelle 20 an die Innenfläche 18A des äußeren länglichen Hohlzylinders 12 angeschweißt· Der innenliegende längliche Hohlzylinder 14 liegt in den axialen Bohrungen 22 und 23 und ist an der Stelle 24 an die linke Abschlußplatte 15 und an der Stelle 25 an die rechte Abschlußplatte 16 angeschweißt* Der innere längliche Hohlzylinder 14 ist mit drei Reihen von Durchlässen 26, 27 und 28 versehen, von denen jede Reihe eine Vielzahl von Durchlässen aufweist, während eine Innenwand 29 eine Kammer 9 umschließt·

Wie man aus der Figur deutlich ersieht, ist durch diese Wände ein Hohlraum umschlossen, der aus dem äußeren länglichen Hohlzylinder 12, dem inneren länglichen Hohlzylinder 14, der linken Abschlußplatte 15 und der rechten Abschlußplatte 16 besteht,

Vier verschiedene Scheiben 30, 31, 32 und 33 sind jeweils mit axialen Bohrungen 30A, 31A, 32A und33A versehen und auf den innenliegenden länglichen Hohlzylinder 14 geschoben und an den Stellen 3OB, 31B, 32B und 33B angeschweißt· Eine Umfangsplatte ist an der Stelle 35 an die Scheibe 30 und an der Stelle 36 an die Scheibe 31 angeschweißt, so daß sich ein Hohlraum oder ein Prallbereich 37 bildet. Eine zweite Umfangsplatte 38 ist an der Stelle 39 an die Scheibe 32 und an der Stelle 40 an die Scheibe

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angeschweißt, so daß ein zweiter Hohlraum oder ein zweiter Prallbereich 41 geschaffen wird. Auf diese Weise verkleinern die beiden Bereiche 37 und 41 das Gesamtvolumen des Hohlraums und damit auch das Volumen strömenden Mediums, welches sich in diesem Hohlraum befindet, und sie bilden gleichzeitig Strömungswege aus zwei Reihen von Durchlässen zu der Oberfläche, welche der Wärmeübertragung dient, und andererseits einen Strömungsweg von dieser Oberfläche zu der dritten Reihe von Durchlässen.

Es ist für jeden Fachmann selbstverständlich, daß man die Scheiben und Hatten auch gänzlich weglassen könnte, oder aber in ihren Abmessungen ändern könnte, um die Abmessungen der Prallbereiche einstellen zu können«

Ein linker bzw« erster Drehzapfen 42 weist eine Schulter 43 und einen reduzierten Durchmesser 44 auf, der mit der Schulter 43 an der Innenwand 29 so anliegt, daß er an das Ende des inneren länglichen Hohlzylinders 14 grenzt, wo er an der Stelle 43 mit diesem verschweißt ist* In axialer Richtung ist der Drehzapfen 42 mit einem Durchlaß 46 versehen, der eine Aufweitung an dem einen Ende und einen mit Gelinde versehenen Bereich 48 am andern Ende aufweist.

An der Stelle 31 ist ein Flansch 30 an da· Ende de· inneren länglichen Hohlzylinders 14 angeschweißt. Ein rechter oder zweiter Drehzapfen 32 mit einer axialen Bohrung 33 und einer Wandung 34 ist mit Hilfe von Schraubenbolzen 33 an dem Flansch 30 befestigt«

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Fig. β zeigt einen Verteiler 60 für die Speiseleitung· Wie man aus dieser Figur ersieht, besteht dieser Verteiler beispielsweise aus einem Gußstück mit einem Band 61, an den über zuei Speioher 63» 64 eine Nabe 62 befestigt ist, während zuei einander gegenüberliegende Flansche 65, 66 zu beiden Seiten an dem Sand 61 befestigt sind und auf einander zu laufen, aber sich nicht berühren; auf diese Weise entstehen die Ringflächen 75 bzw· 76 an den Flanschen 65, 66. Die Nabe .62 weist einen inneren Durchlaß 67 auf, der von der Wandung 72 begrenzt ist. Die Speiche 63 hat einen Durchlaß 68, der in Verbindung mit dem axialen Durchlaß 67 steht. Die Speiche 64 ist ihrerseits mit einem Durchlaß 69 versehen, der in Verbindung mit dem axialen Durchlaß 67 steht· Die Flansche 65, 66 bilden eine Nut 70 mit einem Auslaß 71 zwischen den Bingflachen 75, 76.

Beim Srfindungsgegenstand gelangen zwei Verteiler 60 für die Zuführungsleitung zur Anwendung. Wie man aus Fig. 1 er-* sieht, trägt der Verteiler 60 die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 6 und seine Bestandteile sollen im folgenden als linke Teile öder erste Teile bezeichnet werden. Der Verteiler für die Zuführungsleitung auf der rechten Seite der Walze trägt den Index "A" an der betreffenden Bezugsziffer und enthält ent-Bpreohend rechte oder zweite Bauteile.

An der Stelle 83 ist ein Stück eines nahtlosen Rohres 80 in die rechte Nabe 621 angeschweißt, während es bei 82 an die Linke Nabe 62 angeschweißt ist; das Bohr weist einen Durchlaß 81

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auf. Die Verteiler 60, 6OA sind in der Kammer 9 so angeordnet, daß der linke Auslaß 71 mit den Öffnungen 26 und der rechte Auslaß 71A mit dem Auslaß 28 ausgerichtet ist. Eine Distanzhülse ist in der Kammer 9 zwischen dem rechten Drehzapfen 52 und dem rechten Verteiler 6OA untergebracht, um die Ausrichtung mit den Auslassen 71, 71A einerseits und den Öffnungen 26 bzw. 28 andererseits zu ermöglichen.

Ein Einlaßrohr 86 mit einer inneren Bohrung 87 greift durch die axiale Bohrung 93 hindurch und befindet sich in dem rechten axialen Durchlaß 67A, um die Verbindung von dem Einlaß 87 und der Verbindungsleitung 81 zu den Öffnungen 68A, 69A, 68 und 69 herzustellen und auf diese Weise ein Vielfachsystem für den Zutritt des strömenden Mediums zu der Ausnehmung und der Oberfläche 13 für die Wärmeverteilung entstehen zu lassen.

In dem linken Drehzapfen befindet sich ein Ventil, welches aus dem Ventilkopf 90 besteht, der einen mit Gewinde versehenen Schaft 91 und eine Bohrung 92 aufweist. Der mit Gewinde versehene Schaft 91 greift in den Gewindebereich 48 so ein, daß der Gewindekopf 90 in dem axialen Durchlaß 67 liegt. Eine Stange 93 ragt in den Durchlaß 46 und in die Bohrung 92 hinein und ist bei 94 an den Ventilkopf 90 angeschweißt. In dem aufgebohrten Teil 47 sind rings um die Stange 93 mehrere Dichtungen 95 herumgelegt. Ein Halteflansch 97 nach Art einer Stopfbüchsenbrille ist mit Hilfe der Schrauben 98 an dem Drehzapfen 42 befestigt. Die Stange 93 greift durch eine Bohrung in dem Halteflansch 97 hin-

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durch. Eine Verdrehung der Stange 93 dreht das in der axialen Ausnehmung 67 untergebrachte Ventil, um die Flüssigkeitsströmung des stromenden Mediums zu ändern, welches aus der axialen Ausnehmung 67 in die öffnungen 68, 69 hineinfließt.

Während des Betriebes fließt das unter Überdruck stehende Medium in Eichtung des Teiles "A" in Fig. 1 durch den Einlaß bis zu der axialen Ausnehmung 67A, wo sich der Flüssigkeitsstrom teilt, um in drei verschiedenen Sichtungen weiter zu fließen, wie dies die Pfeile "B" erkennen lassen.

Xn der einen Richtung fließt das strömende Medium durch die leitung 81 und den axialen Durchlaß 67, wo sich der Strom nach zwei verschiedenen Richtungen aufteilt, die durch die Pfeile "C" "gekennzeichnet sind, wenn der Ventilkopf 90 sich in seiner offenen oder teilweise offenen Stellung befindet, die in Fig« 1 wiedergegeben ist·

Das Medium, welches durch den axialen Durchlaß 67 und die öffnung 68 strömt, fließt dann durch die Ausnehmung 70 und den Auslaß 71 sowie durch die öffnungen 26 zu einem Kanal 101 für die Wärmeübertragung, der zwischen der Scheibe 30 und der linken Absohlußplatte 15 vorhanden ist· Das strömende Medium setzt nun seinen. Weg von dem Kanal 101 zu dem Kanal 102 für die Wärmeübertragung fort und von da zu dem Kanal 103 und durch die Öffnungen 27 bis in die Kammer 9.

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I *+ «J I /L *» ν»

Derjenige Teil des Stromes, der durch die axiale Ausnehmung 67.hindurchfließt, strömt ebenfalls durch die Öffnung 69, die Ausnehmung 70 und den Auslaß 71 in die Öffnungen 26 und durch die Kanäle 101, 102, 103 sowie durch die Bohrungen 27 in die Kammer 9. Derjenige Teil des strömenden Mediums, der von dem Einlaß 87 durch die axiale Ausnehmung 67A eintritt, fließt ebenfalls durch die Öffnung 68A, die Ausnehmung 7OA, den Auslaß 71A, die Öffnung 28 und die Wärmeübertragungskanäle 104, 105, 103 und durch die Bohrungen 27 in die Kammer 9. Der Teil der Strömung, der von dem Durchlaß 87 in die axiale Bohrung 67A gelangt, fließt durch die axiale Ausnehmung 67A₁ durch die Öffnungen 69A, die Ausnehmung 7OA, den Auslaß TU, die Öffnung 28, die Kanäle 104, 105 und 103 und durch die Bohrungen 27 in die Kammer 9*

Wie man ohne weiteres sieht, sind die Bereiche der Bohrungen 26, 27 und 28 absichtlich so gewählt, daß sie den gesamten Bereich der inneren Ausnehmungen "ausbalancieren". Dieser ist für die Strömung des strömenden Mediums durch den Durchmesser und die Stellung der Scheiben 30, 31, 32 und 33 auf den inneren länglichen Hohlzylinder 14 beschränkt und außerdem durch die am Umfang angeordneten Hatten 34 und 38, welche die Wärmeübertragungskanäle 101, 102, 103, 104 und 105 eines vorbestimmten Bereiches bilden·

Der Verteiler 60 für die Speiseleitung weist die Strömungspfade 110 und 111 auf, die zwischen den Speichen 63 und

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- 10 -einerseits und dem Bund 61 andererseits gebildet sind.

Das strömende Medium in der Kammer 9 fließt durch die Zwischenräume 110 und 111 und trifft schließlich auf die Ab- ■ schlußwand 113 des ersten oder linken Drehzapfens 42. Außerdem fließt das strömende Medium in der Kammer 9 auch noch durch die Kanäle 110A und 111A in den zweiten oder rechten Drehzapfen 6OA und durch die Distanzhülse 85 in die axiale Bohrung oder den Vielfachauslaß 53, von wo das strömende Medium in die (nicht dargestellte) Vorrichtung zur Erwärmung oder Kühlung des strömenden Mediums fließt.

Aus dieser Gresamtanordnung ergibt sich ohne weiteres, daß der Ventilkopf 90 so eingestellt werden kann, daß er das Volumen des strömenden Mediums, welches durch den axialen Durchlaß 67 hindurchfließt, regeln kann und damit die Menge des strömenden Mediums, welches in die innere Höhlung der Walze hineinfließt oder aus dieser herausfließt. Man erkennt ferner ohne weiteres, daß der Ventilkopf 90 am Ende des Rohres 80 anliegen kann, um die Strömung, die in den axialen Durchlaß 67 hineinströmt, zu sperren. Auf diese Weise kann der Einfluß der Wärme aus dem strömenden Medium durch die Menge geregelt werden, die in den äußeren länglichen Hohlzylinder 12 gelangt und damit zu der Oberfläche 13 für den Temperaturaustausch.

Ein Gewindestöpsel 120 befindet sich in der rechten Absohlußplatte 16 und dient dazu, die Strömung des Mediums durch den Kanal 104 zu überprüfen·

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In der obigen Beschreibung ist der Erfindungsgegenstand unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen näher erläutert worden. Dadurch soll die Erfindung aber in keiner Weise eingeschränkt werden· Vielmehr wird jeder Fachmann an dem Ausführungsbeispiel gegebenenfalls Änderungen vornehmen können, ohne deshalb den Rahmen der Erfindung verlassen zu müssen·

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Claims

Bevis Industries,Inc.

"¹²" H51245

Pat β nt ansprüche

Mj Wärmeaustauschwalze, durch die ein strömendes Medium

für die Zwecke der Wärmeübertragung umläuft, um die Temperatur an der Oberfläche der Walze zu regeln, mit im Innan der Walze angebrachten Durchlässen für die Regelung der Strömung des Mediums, gekennzeichnet durch Einrichtungen im Innern der Walze, durch welche die Strömung des strömenden Mediums und insbesondere die Strömungsmenge beim Durchströmen durch die Durchlässe in der Walze regelbar ist, so daß sowohl in der Längsrichtung als über die gesamte Umfangsfläche der Walze ein gleichmäßiger Temperaturpegel einstellbar ist.
2. Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse in -öOrm eines 'äußeren länglichen Hohlzylinders (12), der eine äußere Oberfläche (13) für die Zwecke des Wärmeaustausches aufweist, einen in diesem äußeren Zylinder untergebrachten innenliegenden länglichen Hohlzylinder (14·), der sowohl durch eine linke Abschlussplatte (15) mit einer axialen Bohrung als auch durch eine rechte Abschlußplatte (16) mit einer axialen Bohrung hindurchgreift, die beid^ zum Abschluß des äußeren länglichen Hohlzylinders (12) dienen.
3· Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere längliche Hohlzylinder mit drei Reihen von Durchlässen (26,27,28) versehen ist, von denen jede

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.Reihe eine Vielzahl von Durchlässen aufweist und nur die in der Mitte gelegenen Durchlässe (27) in eine Kammer (9) im Innern des Hohlzylinders (14) münden.
4. Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1. oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem inneren länglichen Hohlzylinder (14) vier kreisrunde Scheiben (3o,51,32,33) so im Abstand voneinander angeordnet sind, daß zwischen je zwei Scheiben (3o,31) ein als Prallbereich dienender erster Hohlraum (37) und zwischen je zwei weiteren Scheiben (32,33) ein als Prallbereich dienender zweiter Hohlraum (41) entsteht, und diese Hohlräume durch Umfangsplatten (34 bzw.38) abgeschlossen sind, so daß sich zwischen den Scheiben und den Umfangsplatten einerseits und den Abschlußplatten bzw. der Innenfläche des äußeren länglichen Hohlzylinders (12) andererseits erste Kanäle (1o1, 1o2, 1o3) und symmetrisch dazu angeordnete zweite Kanäle (1o4, 1o5jlo3) bilden.
5. Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1 oder Unteransprächen, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des inneren Hohlzylinders (14) linkeVund rechte Verteiler (6o,6oA) angeordnet sind, die auf ein zentral in der Längsrichtung des Innenzylinders verlaufendes Rohr (8o) aufgeschweißt sind und die ■ß'orm hohler Speichen habsn, die mit Öffnungen und Durchlässen für das strömende Medium versehen sind.

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6· Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen linken Drehzapfen (42) zum Abschluß des linken^Dndes des inneren Hohlzylinders (14) und einen rechten Drehzapfen (52) zum Abschluß der rechten Seite des inneren Hohlzylinders .
7· Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem linken Drehzapfen (42) eine Ventilanordnung untergebracht ist, die im wesentlichen aus einem zapfenförmigen Ventilkopf (9o' besteht, der an eine drehbare Stange (95) angeschweißt ist, die durch eine zentrale Bohrung (46) in dem Drehzapfen (42) hindurchgeht und bis nach außen reicht, und daß der Ventilkopf gegenüber dem Ende des Rohres (8o) in der Längsrichtung der Walze einstellbar ist.
8. Wärmeaustauschwalze nach Anspruch 1 oder Imteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuleitung des strö_ menden Mediums ein Einlaßrohr (8ö) dient, dessen zentrale Bohrung (87) in dem rechten Verteiler 6oA) mündet, so daß ein Teil des strömenden Mediums durch diesen Verteiler auf die Kanäle und öffnungen verteilt wird, während ein zweiter Anteil des strömenden Mediums in der Richtung der Einlaßströmung durch den Durchlaß (81) in dem nahtlosen Rohr (8o) in den zweiten Verteiler (6o) gelangt und dort auf die restlichen Öffnungen und Durchlässe verteilt wird.

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