DE19800269C2 - Walze zur Herstellung und/oder Verarbeitung von thermoplastischen Folien oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art zur Herstellung und/oder Verarbeitung von thermoplastischen Folien oder dergleichen, in der unterhalb der äußeren Mantelfläche wenigstens ein wendelförmiger Kanal zur Durchleitung von Heiz- oder Kühlflüssigkeit angeordnet ist.

Bei bekannten Walzen der betreffenden Art spielt die Einhaltung einer bestimmten Temperatur oder die exakte schnelle Änderung der Temperatur eine entschei­ dende Rolle, weil die Formbarkeitseigenschaften thermo­ plastischen Kunststoffes entscheidend von der angewen­ deten Temperatur abhängen. Für eine exakte Herstellung einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff muß daher die Oberflächentemperatur eingehalten oder in Abhängig­ keit von dem erzeugten Produkt schnell und genau ge­ regelt werden.

Aus diesem Grunde ist es bekannt, den unterhalb der äußeren Mantelfläche vorgesehenen Kanal zur Durch­ leitung von Heiz- oder Kühlflüssigkeit mit einer großen Oberfläche zu versehen, um so einen innigen Wärmekon­ takt zwischen der durchgeleiteten Flüssigkeit und dem Walzenkörper herzustellen.

Bei einer bekannten Ausführungsform einer derarti­ gen Walze ist zwischen einem Außenrohr und einem im Abstand dazu angeordneten Innenrohr ein wendelförmiger Steg vorgesehen, der so in Verbindung mit dem Außenrohr und dem Innenrohr einen wendelförmigen Kanal bildet, durch den die Heiz- oder Kühlflüssigkeit laminar strömt. Es hat sich gezeigt, daß der Wärmeübergang zwi­ schen der durch den Kanal strömenden Flüssigkeit und den Wandungen des Kanals, insbesondere der durch das Außenrohr gebildeten Wandung, nicht ausreicht, um den hohen Anforderungen der Praxis immer zu genügen.

Durch DE 27 39 551 A1 ist eine Walze der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, bei der zur Verwirbelung der Strömung in dem Kanal lose stan­ genförmige Reibkörper eingelegt sind, die im Quer­ schnitt kantig sind und sich bei der Drehbewegung der Walze an der Wandung des als Bohrung ausgebildeten Ka­ nals abwälzen und diese mechanisch von allen Ablagerun­ gen freihalten sollen. Die durch die Reibkörper bewirk­ te Verengung des Bohrungsquerschnitts soll eine erhöhte Durchströmgeschwindigkeit der Heiz- bzw. Prüfflüssig­ keit bewirken, die das Aufbauen von Verkrustungen schon im Entstehen hindern soll. Schließlich soll die durch die Reibkörper verstärkte Turbulenz einen besseren Wär­ meübergang vom Walzenkörper auf die Flüssigkeit und umgekehrt zur Folge haben. Ein Nachteil dieser bekann­ ten Walze besteht darin, daß die Lage der stangenförmi­ gen Reibkörper sowohl in Achsrichtung als auch Radial­ richtung der Walze weder genau definiert noch zeitlich konstant ist. Der Wärmeaustausch zwischen der durch den Kanal strömenden Flüssigkeit und dem äußeren Mantel der Walze ist somit weder genau noch zeitlich konstant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der der Wärmeaustausch zwischen der in dem Kanal strömenden Heiz- oder Kühlflüssigkeit und den Wandungen des Kanals verbessert ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, durch verbesserte Verwirbelung der Strömung in dem Kanal ei­ nen über die gesamte Außenwandung der Walze gleichmäßi­ gen Wärmeübergang zwischen der Heiz- oder Kühlflüssig­ keit und der Wandung des Kanals oder der Kanäle zu er­ zielen. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Grenzschicht in der Flüssigkeit unmittelbar benachbart zu den Wandungen des Kanals.

Erfindungsgemäß sind die Verwirbelungsmittel durch Rauhigkeiten, Vorsprünge oder Vertiefungen in der Wan­ dung des Kanals gebildet. Die Rauhigkeiten können dabei sehr fein sein und z. B. dadurch hergestellt werden, daß eine oder mehrere Teile der Oberfläche der Wandung des Kanals grob bearbeitet, z. B. lediglich geschruppt wer­ den, so daß der Rauhigkeitsgrad hoch ist, der dann zu der erwünschten Verwirbelung und Bildung einer ausge­ prägten Grenzschicht führt. Unter den Rauhigkeiten sind dabei auch Bearbeitungsriefen, Gewinde oder dergleichen zu ver­ stehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Verwirbelung durch auf einer Wandung des Kanals angebrachte Wirbelkörper gebildet. Diese Wirbel­ körper können z. B. durch Auftragsschweißung erzeugt werden. Auch ist es möglich, separat hergestellte Wir­ belkörper an der Wandung des Kanals zu befestigen, z. B. anzuschweißen. Die Wirbelkörper können dabei die Form von kleinen Säulen oder Blechen haben, die in das Inne­ re des Kanals ragen. Im Querschnitt können die Säulen beliebige Form haben, sie können z. B. rund, dreieckig oder mehreckig sein.

Handelt es sich bei den Wirbelkörpern um Bleche, so ist es zweckmäßig, diese zur Strömungsrichtung ge­ neigt, vorzugsweise in unterschiedlichen Richtungen geneigt, anzuorden. Dadurch werden je nach Größe der Bleche mehr oder weniger große Wirbel erzeugt, die die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Oberfläche der Wandung erhöhen und somit den Wärmeaustausch verbes­ sern. Die Bleche können dabei zusätzlich Durchbrechuun­ gen aufweisen, die zu zusätzlichen Wirbeln führen.

Zweckmäßigerweise befinden sich die Rauhigkeiten, Vorsprünge oder Vertiefungen in einem der Mantelfläche der Walze am weitesten entfernten Teil der Wandung des Kanals. Dadurch wird der Wärmeaustausch zu einem der Mantelfläche entfernteren Teil der Walze hin verbes­ sert, wobei die Wärme über dem Kanal benachbarte Teile des Walzenkörpers zu der Mantelfläche geleitet bzw. von ihr abgeleitet wird.

Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung erstrec­ ken sich Wirbelkörper von einer Wandung zu einer im wesentlichen gegenüberliegenden Wandung des Kanals, verlaufen also strebenartig durch den Kanal. Sind die Verwirbelungsmittel durch Rauhigkeiten auf der Ober­ fläche des Kanals gebildet, so ist es zweckmäßig, diese Rauhigkeiten durch eine Riffelung in einer Wandung des Kanals zu bilden.

Bei allen Ausführungsformen ist es zweckmäßig, daß der Kanal in an sich bekannter Weise wendelförmig zur Achse der Walze verläuft und daß er einen im wesentli­ chen rechteckigen Querschnitt hat.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher er­ läutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch im Halbschnitt eine herkömmliche Walze,

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer herkömmlichen Walze,

Fig. 3 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch Fig. 1 im Bereich eines Kanals,

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Fig. 3,

Fig. 5 zeigt eine zweite Abwandlung der Fig. 3,

Fig. 6 zeigt eine dritte Abwandlung der Fig. 3, und

Fig. 7 zeigt eine vierte Abwandlung der Fig. 3.

Fig. 1 zeigt schematisch in Halbdarstellung eine herkömmliche Ausführungsform einer Walze mit einer um eine Drehachse 2 drehbaren hohlen Welle 4, die über hohle Flansche 6 und 8 mit einem Innenrohr 10 verbunden ist, das über Stege 12, 14 und 16 mit einem Außenrohr 18 verbunden ist. Der Steg 16 erstreckt sind wendelför­ mig um das Innenrohr 10 herum, so daß ein wendelförmi­ ger Kanal 20 gebildet ist, der in aus der schematischen Darstellung in Fig. 1 nicht sichtbaren Weise über die hohlen Flansche 6 und 8 mit der hohlen Welle 4 verbun­ den ist, derart, daß eine Heiz- oder Kühlflüssigkeit durch den wendelförmigen Kanal 20 hindurchgeführt wer­ den kann, so daß eine Mantelfläche 22 des Außenrohres 18 der Walze in gewünschter Weise beheizt oder gekühlt und so auf einer gewünschten Temperatur gehalten oder auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden kann.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer bekannten Walze. Gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Der Unter­ schied besteht darin, daß anstelle des Kanals 20 un­ terhalb der Mantelfläche 22 axial gerichtete und über den gesamten Umfang der Walze verteilte Bohrungen 24 angeordnet sind, die an ihren Enden zur Umgebung ge­ schlossen und über Kanäle 26, 28 mit der hohlen Welle 4 verbunden sind, derart, daß Heiz- oder Kühlflüssigkeit durch die Bohrungen 24 geführt werden kann.

Fig. 3 zeigt schematisch einen vergrößerten Aus­ schnitt aus Fig. 1 im Bereich eines Kanals 20. Auf ei­ ner Außenfläche 30 des Innenrohres 10 sind schematisch Vertiefungen 32, 34, 36 angeordnet, die aus Gründen der besseren Darstellung stark vergrößert gezeichnet sind und sich entweder gemischt oder nur in der runden Form der Vertiefung 32, in der viereckigen Form der Vertie­ fung 34 oder in der dreieckigen Form entsprechend der Vertiefung 36 in großer Zahl über die gesamte Längs­ ausdehnung des Kanals 20 erstrecken, um so eine Verwir­ belung durchströmender Flüssigkeit im Bereich der Aus­ senfläche 30 und einen besseren Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und dieser Außenfläche 30 zu bewirken. Die runden Vertiefungen 32 können beispielsweise ganz einfach durch kleine Sackbohrungen erzeugt werden.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform ähnlich gemäß Fig. 3. Gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Der Unterschied besteht darin, daß statt der Vertiefungen 32, 34, 36 kleine Vorsprünge 38, 40, 42 auf der Außenfläche 30 des Innenrohres 10 angeordnet sind. Die Darstellung ist aus Gründen der Verdeutlichung sehr schematisch. Grundsätzlich können die Vorsprünge 38, 40, 42 jede beliebige Größe und An­ ordnung haben, genau so, wie das hinsichtlich der Ver­ tiefungen 32, 34 und 36 in Fig. 3 beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, wobei wieder gleiche oder sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Statt der Vertiefungen 32, 34 und 36 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 oder auch der Vor­ sprünge 38, 40 und 42 gemäß Fig. 4 sind bei der Aus­ führungsform gemäß Fig. 5 auf der Außenfläche 30 Bleche 44, 46 und 48 angeordnet, wobei das Blech 34 in Seiten­ ansicht dreieckig, das Blech 46 viereckig und das Blech 48 halbrund und mit einer Durchbrechung 50 ausgebildet ist. Die Bleche 44, 46 und 48 sind in bezug zur Rich­ tung des Kanals 20 geneigt angeordnet, um so jeweils durch seitliche Ablenkung der durch den Kanal 20 strö­ menden Flüssigkeit eine Verwirbelung zu erzeugen, wobei die Neigung der Bleche 44, 46 und 48 vorzugsweise ab­ wechselnd zur einen und zur anderen Seite hin gerichtet ist.

Fig. 6 zeigt in gleicher Weise wie Fig. 3 eine weitere Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 3, gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Der Unterschied zu Fig. 3 be­ steht darin, daß sich in dem Kanal ein zur Richtung des Kanals 20 geneigt verlaufendes Blech 52 flügelartig zwischen zwei benachbarten Stegen 16 erstreckt. Natür­ lich sind in Richtung des Kanals 20 viele solcher Ble­ che 52 angeordnet, die vorzugsweise zur Strömungsrich­ tung abwechselnd unterschiedliche Neigung haben.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 3 in gleicher Darstellungsweise, wobei glei­ che oder sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugs­ ziffern versehen sind. Der Unterschied besteht darin, daß statt der ausgeprägten Vertiefungen 32, 34 und 36 auf der Außenfläche 30 des Innenrohres 10 eine Riffe­ lung 54 angeordnet ist, die eine stark verwirbelte Grenzschicht auf der Außenfläche 30 in der Strömung erzeugt und so einen verbesserten Wärmeaustausch zwi­ schen dem Innenrohr 10 und der durchströmenden Flüssig­ keit bewirkt.

Claims (9)

1. Walze zur Herstellung und/oder Verarbeitung von thermoplastischen Folien oder dergleichen, in der un­ terhalb der äußeren Mantelfläche wenigstens eine wendelförmiger Kanal zur Durchleitung von Heiz- oder Kühlflüssigkeit ange­ ordnet ist, wobei innerhalb des Kanals Verwirbelungs­ mittel zur Verwirbelung der Strömung der Heiz- oder Kühlflüssigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verwirbelungsmittel durch Rauhigkeiten, Vorsprünge (38, 40, 42) oder Vertiefungen (32, 34, 36) in der Wandung des Kanals gebildet sind.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verwirbelung durch auf einer Wandung des Kanals (20) angebrachte Wirbelkörper gebildet sind.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rauhigkeiten, Vorsprünge (38, 40, 42) oder Vertiefungen (32, 34, 36) in einem der Mantelfläche (22) am weitesten entfernten Teil der Wandung des Ka­ nals (20) angeordnet sind.

4. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkörper die Form von kleinen Säulen oder Ble­ chen (44, 46, 48) haben, die in das Innere des Kanals (20) ragen.

5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (44, 46, 48) zur Strömungsrichtung geneigt, vorzugsweise in unterschiedlichen Richtungen geneigt angeordnet sind.

6. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (48) Durchbrechungen (50) aufweisen.

7. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wirbelkörper von einer Wandung zu einer im wesentlichen gegenüberliegenden Wandung des Kanals (20) erstrecken. (Fig. 6)

8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeiten durch eine Riffelung (54) in einer Wandung des Kanals (20) gebildet sind.

9. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (20) einen rechteckigen Querschnitt hat.