DE2230954C3

DE2230954C3 - Mahlwalze, deren Innenraum eine Flüssigkeit enthält

Info

Publication number: DE2230954C3
Application number: DE2230954A
Authority: DE
Inventors: Age Veddelev Roskilde Larsen (Daenemark)
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1971-07-08
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US3771591A; IT956835B; GB1359106A; DE2230954B2; DE2230954A1; CH540060A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mahlwalze, deren hohler, ^⁵ abgeschlossener Innenraum eine Flüssigkeit enthält

Bei Mahlwalzenstühlen kann es durch ungleichmäßige Produktaufgabe, herstellungsbedingte Exzentrizitäten oder Formänderungen durch Eigenspannungen dazu kommen, daß örtlich unterschiedlich große Mahlarbeit geleistet wird, woraus örtliche Temperaturunterschiede in den Mahlwalzen resultieren. Da sich die Mahlwalzen an den Stellen höherer Temperatur stärker ausdehnen, verkleinert sich dort der Mahlspalt, und die Mahlwalzenerwärmung nimmt dort in einem Selbstver-Stärkungseffekt noch weiter zu. Als negative Folgen ergeben sich ungleichmäßige Mahlqualität und möglicherweise sogar Walzenbeschädigungen. Die Probleme nehmen mit steigender Mahlwalzengröße und enger werdendem Mahispalt zu. Bereits Temperatursteigerun- "^ gen von 10 bis 20⁰C am Walzenumfang können zu einem Schließen des Mahispaltes führen.

Es ist bekannt (DE-PS 6 35 879), den hohlen, abgeschlossenen Innenraum von Mahlwalzen vollständig mit Flüssigkeit zu füllen, um örtliche Temperaturspitzen abzubauen. Die Temperaturausgleichswirkung dieser Maßnahme basiert lediglich auf der Wärmeleitung in der Flüssigkeit sowie dem Wärmetransport durch Flüssigkeitsbewegungen und ist infolgedessen recht begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Vergleichsmäßigung der Walzentemperatur zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Mahlwalze der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Flüssigkeit im eingefüllten Zustand nur einen Teil des Volumens des Innenraums einnimmt, derart, daß sich im Betrieb eine geschlossene Flüssigkeitsschicht an der

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b0 Innenmantelfläche der Mahlwalze ergibt, und daß die Flüssigkeit nach Art und/oder Temperatur beim Einfüllen und/oder Druck beim Einfüllen so gewählt ist, daß ihre Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperatur an die Betriebstemperatur der Mahlwalze angepaßt ist, so daß die Flüssigkeit an Stellen relativ hoher Temperatur verdampft und an Stellen relativ niedriger Temperatur kondensiert

Auf einem gänzlich andersartigen Fachgebiet ist es bekannt, zur Kühlung einer Elektromotorwelle die hohl ausgebildete Welle teilweise mit einer Flüssigkeit zu füllen, so daß sich durch Verdampfen der Flüssigkeit an Stellen relativ hoher Temperatur und Kondensation der Flüssigkeit an Stellen relativ niedriger Temperatur ein Wärmetransport ergibt (US-PS 27 43 384). Bei Elektromotorwellen hat man nicht mit dem vorstehend beschriebenen, bei Mahlwalzen auftretenden Selbstverstärkungseffekt bei lokalen Temperatursteigerungen zu rechnen. Außerdem sind die geometrischen Verhältnisse bei Elektromotorwellen und Mahlwalzen sehr unterschiedlich.

Bei der Erfindung wird also die im Vergleich zur spezifischen Wärme hohe Verdampfungswärme der eingefüllten Flüssigkeit zum Abbau örtlicher Temperaturerhöhungen eingesetzt. Die sich bildenden Dampfblasen begünstigen die Durchmischung der Mahlwalzenfüllung. Infolgedessen wird auf besonders einfache Weise ein wirksamer und rascher Temperaturausgleich, auch kleiner Temperaturdifferenzen, erreicht, wobei der Wärmefluß sowohl radial als auch axial erfolgt Bei einem Mahlwalzenstuhl kann die eine, beispielsweise die schneller laufende Mahlwalze eine Fremdkühlung besitzen und die andere, langsamer laufende Mahlwalze erfindungsgemäß ausgebildet sein. Es können nur eine, zwei oder mehrere Mahlwalzen eines Mahlwalzenstuhls erfindungsgemäß ausgebildet sein.

Zur Füllung der Mahlwalze wird eine Flüssigkeit gewählt, deren Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperatur der angestrebten mittleren Betriebstemperatur entspricht. Durch Änderung des Drucks beim Einfüllen der Flüssigkeit kann man weiterhin auf die Höhe der Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperatur Einfluß nehmen, so daß ein und dieselbe Flüssigkeit für unterschiedliche Betriebstemperaturen eingesetzt werden kann. Eine weitere Einflußmöglichkeit besteht über die Einfülltemperatur der Flüssigkeit. Als Flüssigkeiten können beispielsweise Wasser oder Alkohol eingesetzt werden.

Die Flüssigkeit kann beim Walzenhersteller oder beim Kunden eingefüllt werden. Die Befüllung ist bei liegender Mahlwalze, beispielsweise in im Mahlwalzenstuhl eingebautem Zustand, möglich. Die erfindungsgemäßen Mahlwalzen sind einfach in der Herstellung und im Betrieb.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine stillstehende Mahlwalze im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt längs 11-11 in Fig. 1,
F i g. 3 eine rotierende Mahlwalze im Längsschnitt,
F i g. 4 einen Querschnitt längs IVlV in F i g. 3,
F i g. 5 ein Beispiel von Temperatur-Meßwerten über der Walzenlänge aufgetragen mit und ohne Wärmeegalisierungsmedien,

Fig 6 im größeren Maßstab eine Bohrung im Wellenstummel und eine Durchmesserverengung zwi-

sehen der Bohrung und dem restlichen Mahlwalzeninnenraum.

Bei der Mahlwalze ist, wie in F i g. 1 und 2 dargestellt, durch einen Mantel 1, Seitenteile 2 sowie Bohrungen 3 beider Wellenstummel 4 ein hohler Innenraum 5 gebildet Der Innenraum 5 ist teilweise mit Flüssigkeit 6 und teilweise mit Dampf 7 gefüllt

Bei vorwiegender Wärmezufuhr in Mahlwalzenmitte, wie in F i g. 3 und 4 dargestellt, verdampft die Flüssigkeit 6 an der Stelle 8 und erreicht als Dampf der. zentraleren Bereich 9 der Mahlwalze. Der Dampf strömt gegen die Innenseite 10 der Wellenstummel 4, kondensiert dort und strömt als Flüssigkeit zurück (Pfeil 11).

Die flüssige Phase rotiert als geschlossene Flüssigkeitsschicht 12 mit hoher Drehzahl an der Innenmantel- ' fläche 13 anliegend (Pfeil 15), ebenso die sich im Kernbereich der Mahlwalze befindende dampfförmige Phase.

In Fig.5 ist die gemittelte Umfangstemperatur verschiedener Punkte über der Länge der Mahlwalze als Diagramm dargestellt Die Kurve 16 enthält Meßwerte einer Mahlwalze, deren Innenraum mit Flüssigkeit vollständig gefüllt ist, nach längerer Betriebszeit Die Kurve 17 zeigt die Temperaturverteilung einer Mahlwalze, die erfindungsgemäß befüllt ist, nach längerer Betriebszeit; Linie 18 die sich dabei ergebende mittlere Temperatur.

Es seien beispielsweise 110⁰C als höchste zulässige Betriebstemperatur der Mahlwalzenoberfläche vorgegeben. Die Erfindung erlaubt es nun, den Walzenstuhl so JQ auszulegen, daß die mittlere Temperatur 18 sehr nahe an 110⁰C kommt (siehe F i g. 5). Ohne die erfindungsgemäße Befüllung der Mahlwalze müßte die Leistung des Walzenstuhls verkleinert oder der Walzenstuhl selbst vergrößert werden. In diesem Beispiel ist die Mahlwalze etwa zur Hälfte mit Wasser gefüllt und anschließend mit einer Schraube 23 hermetisch verschlossen worden. Da Wasser in Meereshöhe und bei normalem Umgebungsdruck bei 100^cC verdampft, ergibt sich im Innenraum der Mahlwalze durch die Verdampfung des Wassers eine Druckerhöhung und infolgedessen eine Erhöhung der Verdampfungstemperatur des Wassers. Da der Walzenstuhl für eine mittlere Temperatur von beispielsweise ca. 106⁰C ausgelegt ist, baut sich ein dazu entsprechender Dampfdruck im Innenraum 5 auf.

Die Befüllung der Mahlwalze bis zur Hälfte bietet die Gewähr, daß einerseits im Betriebszustand immer sowohl dampfförmige als auch flüssige Phase vorhanden ist und daß andererseits auch freie Stellen (die Seitenteile 2 sowie ein Teil der Wellenstummel 4) vorhanden sind, an denen der Dampf kondensieren kann.

Wie F i g. 6 zeigt, ist der Wellenstummelinnenraum 21 durch eine Durchmesserverengung 24 vom restlichen Mahlwalzeninnenraum 20 abgesetzt. Durch d'e Bohrung 22 werden die Medien eingefüllt. Die Bohrung 22 ist mit einer Schraube 23, das gleichzeitig Dichtungsfunktion hat, hermetisch verschlossen.

Die Seitenteile 2 sowie die Wellenstummel 4 bekommen außer durch die Lager direkt keine Wärme.

Dagegen wird die Temperatur bei. der Stelle 8 häufig am größten sein. Durch dieses Temperatuigefälle ergibt sich eine ständige Zirkulation der im Innenraum 5 eingeschlossenen Medien 6,7. Der Dampf 7 kondensiert an den Seitenteilen 2 sowie an den Innenseiten 10 der Wellenstummel 4, da hier die Temperatur unter J^r mittleren Mahlwalzentemperatur liegt (Fig.5). Das Kondensat 11 wird durch die Zentrifugalkraft nach außen in die Nähe der Innenmantelfläche 13 getrieben, womit die in Walzenmitte verdampfte Flüssigkeit 6 ersetzt wird.

Die Temperaturspitzen können jedoch an irgendeiner Stelle des Mahlwalzenumfanges 14 auftreten. Es ist bekannt, daß gerade an den Walzenenden, also in der Nähe der Seitenteile 2, mehr Wärme zugeführt werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der Mahlwalze werden auch an diesen Stellen durch Verdampfen Temperaturspitzen sofort abgebaut wobei sich lediglich das Strömungsbild etwas ändert.

Wärme entsteht bei Mahlwalzen primär in der linienförmigen Zone des Mahlspaltes. Messungen haben ergeben, daß die Temperatur an dieser Stelle stark über der mittleren Umfangstemperatur liegt. Gerade diese Temperaturungleichheit am Umfang verschwindet mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der Mahlwalze gänzlich.

Es ist sogar in beschränktem Umfang möglich, Wärme, die durch die Lager verursacht wurde, durch Verdampfen von dieser Stelle wegzuführen.

Die Wärme, die am Außenumfang 14 des Mantels 1 und der Wellenstummel 4 entsteht, fließt wegen der Rotation und vor allem wegen des dampfförmigen Zustands eines Teils der Füllung in jeder Richtung, das heißt radial, axial und sogar in Umfangsrichtung, gleich gut, wobei die Verdampfung und die Kondensation den Wärmefluß beschleunigen und intensivieren. Bei Vergrößerung des Temperaturungleichgewichtes verstärkt sich auch der ausgleichende Wärmetransport. Irgendeine Regelung muß nicht vorgesehen werden.

Im Interesse einer möglichst ungestörten Strömung im Innenraum 5 der Mahlwalze sind möglichst saubere Oberflächen und Verzicht auf Einbauten von Vorteil.

Beide Wellenstummel 4 sind jeweils mit einer Bohrung 3 bzw. 22 versehen. Grundsätzlich könnten beide Wellenstummel 4 nach dem Einfüllen der Flüssigkeil 6 fest verschweißt werden. Zweckmäßiger sieht man jedoch eine Dichtungsschraube vor, damit man die Art der Flüssigkeit wechseln und die Menge oder den D: uck der Flüssigkeit ändern kann.

Die Gestaltung der Walzenoberfläche 14 richtet sich nach der Anwendung. Eine Füllung des Innenraums 5 nicht bis zur Mitte ist unter praktischen Gesichtspunkten günstig.

Infolge der Durchmesserverengung 24 wird auch im Wellenstummel 4 ein kleiner Teil Flüssigkeit zurückgehalten. In beschränktem Umfang können damit Temperaturspitzen infolge Lagererwärmung ausgeglichen werden. In der Bohrung 21 des Wellenstummels 4 spielen sich die gleichen Vorgänge ab wie im Innenraum 20 der eigentlichen Mahlwalze.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ίο 15 Patentansprüche:

1. Mahlwalze, deren hohler, abgeschlossener Innenraum eine Flüssigkeit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (6) im eingefüllten Zustand nur einen Teil des Volumens des Innenraums (5; 20) einnimmt, derart, daß sich im Betrieb eine geschlossene Flüssigkeitsschicht (12) an der innenmantelfläche (13) der Mahlwalze ergibt, und daß die Flüssigkeit (6) nach Art und/oder Temperatur beim Einfüllen und/oder Druck beim Einfüllen so gewählt ist, daß ihre Verdampfungsbzw. Kondensationstemperatur an die Betriebstemperatur der Mahlwalze angepaßt ist, so daß die Flüssigkeit (6) an Stellen relativ hoher Temperatur verdampft und an Stellen relativ niedriger Temperatur kondensiert

2. Mahlwalze nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (6) :m eingefüllten Zustand etwa das halbe Volumen des Innenraums (5; 20) einnimmt

3. Mahlwalze nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seitliche Wellenstummel (4) mit Längsbohrungen (3; 21), die mit dem Innenraum (5; 20) verbunden sind.

4. Mahlwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenraum (20) und einer Längsbohrung (21) eine Durchmesserverengung (24) vorgesehen ist.

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