DE1809910A1

DE1809910A1 - Trockenzylinder fuer bahnfoermiges Gut,insbesondere fuer Papier

Info

Publication number: DE1809910A1
Application number: DE19681809910
Authority: DE
Inventors: Christian Schiel
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1968-11-20
Filing date: 1968-11-20
Publication date: 1970-06-04

Description

Trockenzylinder für bahnförmiges Gut, insbesondere für Papier

Die Erfindung betrifft einen Trockenzylinder zum Trocknen von bahnförmigem Gut, insbesondere von Papier, Textilien usw. Als Trockenzylinder werden drehbar gelagerte Hohlzylinder verwendet, die wenigstens einen hohlen Drehzapfen zum Ein- und Ausführen eines Heizmediums wie z.B. Sattdampf aufweisen. Die Wärme des Heizmediums wird durch den Zylindermantel hindurchgeleitet und beaufschlagt die über einen gewissen Umfang an der äußeren Mantelfläche anliegende Bahn.

Bei der Auswahl eines geeigneten Werkstoffes für den Zylindermantel ist man einerseits gehalten, auf gute Festigkeit, Oberflächenhärte und Oberflächenglätte, andererseits aber auf hohe Wärmeleitfähigkeit zu achten. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, Werkstoffe zu finden, die im Hinblick auf alle geforderten Eigenschaften befriedigen. Wegen der großen Oberflächenhärte und der guten Gleiteigenschaften verwendet man bei Trockenzylindern für Papiermaschinen meist Grauguß, doch ist dessen Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu anderen Werkstoffen gering.

Bei Trockenzylindern für Papiermaschinen hat man bereits die Innenfläche des Zylindermantels und damit den vom Heizmedium zur Bahn hindurchtretenden Wärmestrom dadurch vergrößert, daß man den Zylindermantel auf seiner Innenseite mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen versah (DRP 497 0^4). Zwar ist ein solcher "gerippter" Zylinder gegenüber demjenigen mit glatter innerer Mantelfläche bezüglich der Heizleistung etwas verbessert, befriedigt aber immer noch nicht völlig.

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Bei einer anderen bekannten Bauart eines gerippten Trockenzylinders (US-Patent 5 .367 042) ist der Mantel zweischichtig ausgebildet und weist eine gußeiserne Außenschicht' und eine aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehende Innenschicht auf, die auf ihrer Innenseite mit den genannten Umfangsrippen versehen ist. Hierbei wird demgemäß zwar nur ein Teil der erforderlichen Mantelstärke aus dem schlecht leitenden Grauguß gebildet und insoweit der Wärmestrom gegenüber einem ausschließlich aus Grauguß bestehenden gerippten Mantel gesteigert. Doch hat die Innenschicht aus dem hochleitfähigen Material eine viel größere lineare Wärmeausdehnung, als die äußere Schicht, was zu unerwünschten Spannungen ftihr.t. Daher eignen sich solche Trockenzylinder nicht für die Anwendung von Heizdampf höherer Temperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockenzylinder der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß er hinsichtlich aller gestellten Anforderungen, also sowohl bezüglich seiner Festigkeit und Oberflächeneigenschaften, als auch der Wärmeleitfähigkeit seines Mantels befriedigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von Körpern höherer Wärmeleitfähigkeit als der des Mantelwerkstoffes wenigstens annähernd gleichmäßig verteilt in den Mantel eingelegt wird. Aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit leiten die Körper einen großen Wärmestrom in Richtung des Temperaturgefälles durch denjenigen Teil des Mantels hindurch, über den sie sich radial erstrecken, und überbrücken auf diesem Wege das schlechter leitende Mantelmaterial. Die Wärmestromdichte, also die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit durch den Mantel hindurchtretende Wärmemenge wächst mit der Größe und der Häufigkeit der Körper. Im Hinblick auf die mit dem Einlagern von Körpern grundsätzlich verbundene Festigkeitseinbuße sind einer solchen Steigerung jedoch Grenzen gesetzt; ein gewisses Verhältnis zwischen der Masse der Körper und jener des Mantelmaterials kann also nicht überschritten werden.

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Da es darauf ankommt, den Wärmestrom quer durch den Mantel hindurchzutransportieren, müssen sich die Körper in erster Linie in radialer Richtung erstrecken. Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Körper als radial angeordnete, im Querschnitt vorzugsweise kreisrunde Stifte auszubilden. Eine solche Ausbildung führt zu einer sehr guten Wärmestromdichte, selbst bei in Bezug auf die Wandstärke des Mantels kleinen Stiftquerschnitten, und zwar bei verhältnismäßig geringer Festigkeitseinbuße. Durch Versuche wurde ermittelt, daß die Wärmestromdichte eines mit Kupferstiften versehenen Mantels etwa zehn Prozent über jener eines gerippten Mantels liegt.

Handelt es sich bei der zu trocknenden Bahn um ein Material wie Papier, das gegen stellenweise Ubertrocknung empfindlich ist, so dürfen die Stifte nur dann bis an die Außenfläche des Mantels heranreichen, wenn Mittel vorgesehen werden, um eine Berührung zwischen Stiften und Bahn und damit eine örtliche Ubertrocknung der Bahn zu vermeiden. Solche Mittel können z.B. aus einem zwischen Außenfläche und Bahn mitlaufenden Band bestehen. Im allgemeinen wird man aber die Stifte unter einem gewissen radialen Abstand von der Außenfläche des Mantels in das Mantelmaterial einlegen, so daß der Wärmestrom die letzte Wegstrecke durch das Mantelmaterial selbst hindurchtreten muß, wobei er sich in Umfangsrichtung ausbreitet und auf der Außenfläche des Mantels in mehr oder mit gleichmäßiger Dichte ankommt.

Wird der Mantel des Zylinders mit Bohrungen versehen, in die die Stifte eingelassen werden, so sind die Stifte gegen Herausfallen zu sichern. Geschieht dies durch Einpressen,- Einschrumpfen oder Verkeilen, so wird aufgrund des damit verbundenen strammen Ci¹^Co außerdem ein guter Wärmeübergang erzielt. Zur Aufnahme der Stifte können den Mantel im Querschnitt völlig durchdringende Bohrungen vorgesehen werden. Solche durchgehenden Bohrungen lassen sich vorteilhafterweise/der Außenseite des Mantels anbringen und erlauben die Anwendung einer üblichen, z.B. für Saugwalzen von Papiermaschinen verwendeten Bohrvorrichtung. Bei empfindlichen Bahnen ■

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wie Papier od.dgl. müssen die Bohrlöcher jedoch zur Vermeidung der erwähnten örtlichen Übertrocknung der Bahn verschlossen werden, außerdem kann es notwendig sein, auf der Innenseite das Eindringen von Dampf oder Kondenswasser und die hieraus folgende Korrosionsgefahr durch einen besonders guten Sitz des Stiftes oder durch die Anwendung einer wärmeleitenden Dichtungsmasse zu verhindern. Sieht man hingegen statt der durchgehenden Bohrungen nur auf der einen Mantelseite einzulassende Sackbohrungen zur Aufnahme der Stifte vor, so erspart man sich entweder die auf der Innenseite vorzunehmenden Dichtungsmaßnahmen oder die auf der Außenseite erforderlichen Mittel zum Erzielen einer gleichmäßigen Wärmebeaufschlagung der Bahn - je nachdem, von welcher Mantelseite her die Sackbohrungen eingebracht werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, sowohl Umfangsrippen als auch ,in diese einzulassende Stifte vorzusehen; während durch die Rippen eine große Oberfläche gebildet und damit ein guter Wärmeübergang vom Heizmedium zum Mantelmaterial erzielt wird, sorgen die Stifte zusätzlich für eine gute Wärmeleitung. Werden die Stifte nur bis zum Fuß einer jeden Rippe eingelassen, so findet außerdem keine wesentliche Festigkeitsverminderung statt, so daß der Mantel nicht stärker als bei Ausführung ohne Stifte ausgeführt zu werden braucht. ■-·.·.*.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, die Körper als wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des Zylinders angeordnete Ringe oder Ringsegmente auszubilden. Diese können in. Rillen eingelassen werden, die sich gleich den zuvor erwähnten Sackbohrungen für Stifte auf der Außenseite des Walzenmantels befinden, oder die zwischen den genannten Rippen auf der Innenseite des Walzenmantels gebildet sind. Da es in erster Linie darauf ankommt, den Wärmestrom in radialer Richtung zu leiten, ist es zweckmäßig, daß die Profile der Ringe bzw. Ringsegmente in radialer Richtung ihre Hauptausdehnung aufweisen.

V.'ährend auf der Außenseite des Mantels zur Vermeidung der erwähnten örtlichen Ubertrocknung der Bahn eine gewisse Isolierung der Körpor gegen die Bahn hin erforderlich sein kann, ist im Gegensatz hierzu auf der Innenseite eine Berührung zwischen Körpern und Heizmedium erwünscht. Zu diesem Zweck wird in weiterer Ausgestaltung der Erfin-

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dung vorgesehen, die Körper so auszubilden bzw. anzuordnen, daß sie mit der Innenfläche des Mantels bündig sind.

Bei einem sattdampfbeheizten Trockenzylinder bildet sich bekanntlich ein Kondensatfilm an der Innenfläche des Zylindermantels. Dieser Film stellt dem Wärmestrom auf seinem Wege vom Dampf zum Zylindermantel einen hohen Widerstand entgegen und vermindert somit die Wärmestromdichte. Als Abhilfe wird gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, die Körper in den Zylinder-Innenraum hineinragen zu lassen, so daß sie den Kondensatfilm durchstoßen und an ihren freien Enden unmittelbar vom Dampf umgeben sind.

Wenn bisher nur von der allgemeinen Steigerung der Wärmeleitfähigkeit eines Trockenzylindermantels die Rede war, so läßt sich die Erfindung doch auch zum Ausbessern eines Trockenzylindermantels ausnutzen. Trockenzylinder werden bekanntlich mit senkrecht stehender Achse gegossen. Dabei ist der Druck des flüssigen Eisens am unteren Ende der Form höher und die Materialdichte größer als am oberen Ende, was eine über die Länge des fertigen Zylinders unterschiedliche, nämlich von unten nach oben abnehmende Wärmeleitfähigkeit zufolge hat. Durch die Anwendung der Erfindung wird nicht nur in oben beschriebener W_eise die durch den Mantel hindurchsetzbare Wärmestromdichte auf der gesamten Mantelfläche gesteigert, sondern es bietet sich auch die Möglichkeit, beim Gießen sich einstellende Leitfähigkeitsunterschiede innerhalb einer Mantelfläche auszugleichen. Dies kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß die Größe oder die Häufigkeit der Körper gegen das Zylinderende geringerer Wärmeleitfähigkeit hin gesteigert wird, oder dadurch, daß die Körper nach dem genannten Ende hin in zunehmendem Maße in das Zylinderinnere hineinragen. So können aber auch die sich aus Festigkeitsgründen verdickenden Endbereiche eines Trockenzylinders in stärkerem Maße mit Stiften od.dgl. versehen werden, um die Warmestromdiohte auch dort auf den erwünschten Wert zu bringen. Bei den genannten Beispielen handelt es sich also um solche Fälle, in denen ein Einlassen von Körpern über den gesamten Mantel hinweg von vornherein vorgesehen, in bestimmten Bereichen aber verstärkt angewandt wird.

Das Einlassen von Körpern hoher Leitfähigkeit in den Mantel eines Trockenzylinders kann jedoch auch auf einem engen Bereich vorgenommen werden, um ausschließlich dort die Wärmeleitfähigkeit zu beeinflussen, während sie Im, übrigen rf A^¹I durch das Mantelmaterial

ORIQiNAL INSPECTED

selbst bestimmt ist. Weist z.B. der Mantel eines Zylinders infolge fehlerhaften Gießens verhältnismäßig enge Bereiche schlechterer Wärmeleitfähigkeit auf, so brauchen lediglich diese Bereiche mit Körpern höherer Leitfähigkeit versehen zu werden. Während derartige vom Gießen her schadhafte Zylinder bisher verschrottet werden mußten, lassen sie sich durch die Anwendung der Erfindung voll einsatzfähig machen. In Anwendung des allgemeinen Erfindungsgedankens ,· die Wärmeleitfähigkeit des Mantels eines Trockenzylinders über bestimmte Bereiche auf einen Sollwert einzustellen, wird daher vorgeschlagen, in den genannten Bereichen eine Vielzahl von Körpern einzulassen, die eine (fen Sollwert herbeiführende Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Die Erfindung ist anhand.der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen verstifteten Trockenzylinder für eine Papiermaschine,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Endbereich eines anderen yerstifteten Trockenzylinders,

· 3-5 In Sackbohrungen eines Zylindermantels eingesetzte Stifte,

Fig. 6 einen Axialschnitt durch einen mit Ringen versehenen Zylindermantel, und

Fig. 7 den in Fig. 6 dargestellten¹Zylindermantel in der Ansicht VII-VII.

Der in Fig. 1 dargestellte Trockenzylinder weist einen Mantel 1, Zylinderdeckel 2, eine mit Dampfaustrittsöffnungen 3 versehene Hohlwelle 4, Syphonrohre 5 und Lager 6 auf. In dem Mantel 1 sind von innen her radial angeordnete Kupferstifte 7 eingelassen. Die Stifte sind nur schematisch dargestellt! sie sind gleichmäßig über die gesamte Mantelfläche verteilt und haben einen Durchmesser von etwa 10 mm. Die Pfeile deuten die Strömungsriehtung des Dampfes bzw. des Kondensates an©

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Der in Fig. 2 im Ausschnitt gezeigte Zylindermantel 1 ist auf seiner Innenseite mit Rippen 8 versehen, in die Kupferstifte 7 eingelassen sind. Der sich nach dem Zylinderdeckel 2 hin im Querschnitt erweiternde Rand des Mantels 1 ist mit Kupferstiften 17 versehen, die mit zunehmender Erweiterung des Mantelquerschnittes langer werden, derart, daß der durch den Mantel 1 hindurchsetzbare Wärmestrom auch im Randbereich des Mantels den notwendigen Wert erreicht, um die Bahn 9 zu trocknen.

Wie Pig. 3 zeigt, ist eine konisch ausgeriebene Hülse 10 in eine Bohrung 11 im Mantel 1 eingelassen. Ein konischer Kupferstift 7 ist in die Hülse 10 eingeschlagen, so daß sich ein fester Sitz zwischen Stift 7 und Hülse 10 und zwischen Hülse 10 und Mantel 1 ergibt. Der in Fig. 4 dargestellte Stift 7 weist an seinem oberen Ende Rippen 13 auf, die vor dem Einschlagen des Stiftes 7 gegenüber einer Sackbohrung 11 im Mantel 1 Übermaß haben, beim Einschlagen aber derart verformt werden, daß sie eine Dichtung bilden. Am unteren Ende des Stiftes 7 ist eine konische Bohrung 14 vorgesehen, in die zugleich mit dem Einschlagen des Stiftes ein Kegelstift eingetrieben wird. Dieser weitet das untere Ende des Stiftes 7 derart auf, daß es mit einer Paßfläche l6 an der Wandung der Bohrung 11 anliegt und somit ein guter Wärmeübergang zum Mantel 1 hergestellt wird. Der in Fig. 5 dargestellte Stift 7 unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten dadurch, daß er auch an seinem oberen Ende eine Paßfläche l6 aufweist, ferner einen gegenüber dem übrigen Stiftdurchmesser vergrößerten Kopf 19 und eine zwischen Kopf 19 und Zylindermantel 1 angeordnete elastische Dichtung 20.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Ringsegmente 27, die gleich den zuvor erwähnten Stiften aus Kupfer bestehen, sind in Nuten eingetrieben, welche in Umfangsrichtung verlaufend im Mantel 1 angeordnet sind. Die Außenfläche des Mantels 1 ist aus einer nach dem Auftragen bearbeiteten Sintermetallschicht 24 gebildet, auf der die Bahn 9 aufliegt.

Heidenheim, den 6. November 1968

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Claims

ap/A 2896 j.μ. Voith GmbH Kennworts "Gespickter Zylinder" ·Heidenheim (Brenz) Patentansprüche

1. Trockenzylinder für bahnförmiges Gut-* insbesondere für Papier, mit einem Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Körpern (7,17,27).höherer Wärmeleitfähigkeit als der des Mantelmaterials wenigstens annähernd gleichmäßig verteilt in den Mantel (l) eingelegt ist»

2. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper als radial angeordnete, im Querschnitt vorzugsweise kreisrunde Stifte (7,1-7) ausgebildet sind.

3. Trockenzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (7) in an sich bekannte, auf der Innenseite des Mantels (l) angeordnete Umfangsrippen (8) eingelegt sind.

4. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper als wenigstens annähernd in Umfangsrichtung verlaufende Ringe oder Ringsegmente (27) ausgebildet sind.

5. Trockenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper mit der Innenfläche des Mantels (l) bündig sind.

6. Trockenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge-■ kennzeichnet, daß die Körper (7,17) in den Zylinder-Innenraum hineinragen.

00.9823/0921 - '■..-.

'lll'lllllfpi'i ι 1

7* Verfahren zum Einstellen der Wärmeleitfähigkeit des Mantels eines Trockenzylinders für bahnförmiges Gut über bestimmte Bereiche des Mantels auf einen Sollwert, dadurch gekennzeichnet, daß in den genannten Bereichen des Mantels (l) eine Vielzahl von Körpern (7,17,2.7) eingelegt wird, die eine den Sollwert herbeiführende Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Heidenheim, den 6. November 1968
DrW/MRö

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