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Einrichtung zur Temperierung von Walzen, insbesondere von Kalanderwalzen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Temperierung von als hohle Druckkörper
ausgebildeten Walzen, insbesondere Kalanderwalzen, die zumindest teilweise mit einem
Wärmeübertragungsmeiuni, vorzugsweise mit Wasser gefüllt sind.
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Bei solchen in der Herstellung relativ preiswerten walzen ist åeren
Zylinderform während ihres Betriebes genau einzuhalten. Es muß daher deren Arbeitstemperatur
in selir engen Grenzen genalten werden Insbesondere bei Kunststoffkalandern muß
die Walzentemperatur auf der ganzen Walzenlänge gleich groß gehalten werden, andernfalls
die Walze z.B. ausgebaucht wird oder aber die Zylindermantelfläche im Querschnitt
in einen Polygonzug ausartet. Erhebliche Produktionsstörungen sind die Folge.
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Einrichtungen zur Temperierung von sich drehenden Walzen, z.B. in
Papiermaschinen, Ealandern, Mischwalzwerken etc.
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sind bekannt und im allgemeinen als Heißwasserumlaufaggregate oder
als Elektrodenbeheizungen ausgebildet.
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Im ersten Fall wird das in der Walze befindliche, als Wärmeübertragungsmedium
dienende Heißwasser ständig umgewälzt und mittels einer außerhalb der Walze angeordneten
Wärmequelle auf der gewünschten Temperatur gehalten; vgl. BUEGER, Lexikon der Technik,
Band 8, Seite 479 "'i(alander, Bei der Elektrodenbeheizung wird das in der Walze
befindliche Wasser durch zwei unter Spannung stehende Elektroden aufgeheizt, 41e
in das die Walze nur teilweise füllende beim Drehen der Walze stillstehende Wasser
ragen; vgl. DU-PS 886 3O.
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Es ist ferner bekannt, die Walze an jedem Ende durch je eine Elektrodenheizung
zu beheizen und zur genauen Einstellung der Walzentemperatur über die gesamte Länge
in den Walzenenden benachbarten Bereichen zusätzliche Widerstands- oder Wirbelstromheizungen
vorzusehen.
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Ferner sind für Arbeitsphasen, in denen von der Walze keine Wärme
energie abgeführt wird, zusätzlich über die Länge der Walze unterschiedlich wirkende
Kühlaggregate vorgesehen; vgl. DU-AS 1 060 063. Da die solche Einrichtungen aufnehmenden
Kammern in den Walzen relativ klein sind, ist es schwierig, dort unterschiedliche
Aggregate betriebssicher unterzubringen, von denen jedes eine möglichst große wärmetauschende
Fläche aufweisen sollte. Ferner dürfen die Durchmesser der Aggregate nicht größer
sein als die Durchmesser der seitlichen koaxialen Öffnungen in den Lagerzapfen der
Walzen, anderenfalls lassen die Aggregate sich nicht in die Walze einführen; es
sei denn, es werden geschweißte Walzen mit später unter Zwischenschaltung von Dichtungen
anschraubbaren Seitenteilen verwendet. Bei geschweißten Walzen ist es aber noch
schwieriger, die geometrische Form wahrend des Betriebes beizubehalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Temperierung der Walzen, d.h. deren
Beheizung und Kühlung zu vereinfachen und gleichzeitig trotz einfacher Ausgestaltung
der dazu notwendigen Einrichtung eine gleichmäßige Temperierung der Walzen über
deren gesamte Länge besser als bisher zu erreichen.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung
aus einem sich innerhalb der Walze über deren gesamte Länge erstreckenden, von einem
wärmeleitfähigen Medium durchströmten rohrförmigen Heizkörper mit über seine Länge
unterschiedlicher wärmetauschender Fläche besteht, der über Zu- und Abflußleitungen
mit einer Wärme- und/oder Kältequelle außerhalb der Walze verbunden ist.
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Auf diese Weise wird das in-der Walze eingeschlossene Medium,
z.B.
Wasser, durch ein über ein außerhalb der Walze befindliches Aggregat erwärmtes oder
gekühltes Öl, Wasser, D&tipf oder ähnliches Wärmeübertragungsmedium, das mittels
einer Pumpe und einen Schleifringkopf durch den Heizkörper geführt wird, indirekt
temperiert und damit die Walze auf der gesamten Länge ihrer Zylindermatelfläche
auf der gewünschten Temperatur gehalten.
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Zur Beheizung und zur Kühlung ist nur noch ein einziges Aggregat notwendig,
das sich einfach und betriebssicher gestalten läßt. Durch eine einfache Steuerung
oder Regelung der Durchsatzmenge und der Temperatur des wärmeleitfähigen Mediums,
das z.B. Heißwasser, Dampf oder ein Öl ist,kann die gewünschte Temperaturverteilung
längs der Walze sehr exakt eingehalten werden.
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Es ist aber auch möglich, daß das in der Walze eingeschlossene Medium,
wie an sich bekannt, elektrisch aufgeheizt wird, wahrend allein die Kühlung durch
ein über ein außerhalb der Walze befindliches Aggregat gekühltes Medium, das mittels
einer Pumpe und einen Schleifringkopf durch den Heizkörper geführt wird, erfolgt.
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Um also die Walzentemperatur auf der ganzen Walzenlänge gleich zu
halten, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Heizkörper so geformt,
daß seine BerührungsSläche mit dem Wärmeübertragungsmedium in der Walze in den den
Walzenenden benachbarten Bereichen größer bzw. kleiner als in den übrigen Bereichen
ist.
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Durch entsprechende Dimensionierung des Heizkörpers kann so eine zusätzliche
Beheizung bzw. eine geringere Kühlung der betriebsmäßig der Wärmeableitung in größerem
Maße
unterworfenen Walzenenden erreicht werden, durch die die Walzentemperatur
auch in diesen Bereichen auf die gewünschte konstante Temperatur gebracht werden
kann.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die eine besonders
gute Wirkungsweise und einfache Anpassung des Heizkörpers an gewünschte Temperaturbedingungen
ergibt, ist der Heizkörper eine Wendel, vorzugsweise eine Doppelwendel, deren Wendelachse
mit der Längsachse der Walze zusammenfällt und deren Steigung über die Länge der
Wendel unterschiedlich und vorzugsweise in den den Walzenenden benachbarten Bereichen
geringer bzw. in den den Walzenenden benachbarten Bereichen größer als in den übrigen
Bereichen ist.
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Die Ausbildung des Heizkörpers als Wendel hat den Vorteil, daß seine
wärmeübertragende Fläche relativ groß ausbildbar ist, so daß infolge der bei Drehung
der Walze und damit des Heizkörpers zwischen-Heizkörper und in der Walze befindlichen
in dem hier interressierenden Drehzahlbereich still stehenden Wärmeübertragungsmediums
und dieser auftretenden Relativgeschwindigkeit die vom Heizkörper gelieferte Wärme
bzw.
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Kälte schnell weitergeleitet wird. Durch einen möglichst großen Durchmesser
der Wendel also einen möglichst großen Radius, bezogen auf die walzenachse, wird
ferner eine hohe Relativge schwindigkeit zwischen Walzenwand, Wasser und wendel
erzielt, was sich ebenfalls auf die Wärmeübertragung günstig auswirkt. Ein weiterer
Vorteil der Wendel ist ihre einfache Fertigung.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist koaxial zur Längsachse
der Rohrwendel in dem von der Rohrwendel umfaßten Raum ein als koaxiales Doppelrohr
ausgebildetes
Rohr angeordnet , dessen außen liegendes Rohr mit
dem Anfang und dem Ende der Rohrwendel verbunden ist und dem Abfluß und daß das
innen liegende Rohr dem Zufluß des Wärmeträgers dient. Werden Walzen verwendet,
deren Seitenteile unter Zwischenschaltung von Dichtungen anschraubbar sind, so ist
es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, daß der Durchmesser des rohrförmigen
Heizkörpers in den den Walzenenden benachbarten Bereichen größer bzw. in den den
Walzenenden benachbarten Bereichen kleiner als in den übrigen Bereichen ist.
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Nach einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der eine Walze
verwendet wird, die vollständig mit einem Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist, das
außerhalb der Walze temperiert wird, ist der Heizkörper ein zur Achse der Walze
koaxialer als Verdränger wirkender Rohrkörper, dessen Durchmesser über dessen Länge
sich derart ändert daß der Rohrkörper gegenüber den Zonen der Walze, an denen sich
ihr Innendurchmesser vergrößert, Leitflächen bildet , die die Strömung des Wärmeübertragungsmediums
an der Innenwandung der Walze halten.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung mehr
oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine als hohler Druckkörper
ausgebildete Walze, die mit einer Einrichtung zur Temperierung gemäß der Erfindung
ausgerüstet ist, Figur 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der
Einrichtung zur
zur Temperierung nach Figur 1 Figur 3 einen Längsschnitt
durch eine als hohler Druclftörper ausgebildete Walze, die mit einer anderen Ausführungsform
der Einrichtung zur Temperierung ausgerüstet ist.
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Eine als hohler Druckkörper ausgebildete Walze 1 weist an ihren Enden
einen linksseitigen Lagerzapfen 2 und einen rechtsseitigen Lagerzapfen 7 auf, die
in nicht dargestellten Gleitlagern gelagert sind. Die Walze 1 wird über ein hier
nicht dargestelltes Getriebe in Drehung um ihre Längsachse versetzt. Dem linksseitigen
Lagerzapfen 2 gegenüber ist ein gerätefester Flansch 5 angeordnet, der mehrere Anschlüsse
6. 1 bis 6. 4 aufweist. Mit 6. 1 ist ein Entlüftungsventil bezeichnet, durch das
nach Füllung der Walze mit der entsprechenden Wassermenge bei ca. 10000 Luft entlüftet
werden kann. Mit 6. 3 ist das Füllventil bezeichnet, über daß das Wasser in die
Walze eingefüllt wird. 6.2 ist ein Nanometerabsperrventil, während 6. 4 ein Sicherheitsventil
darstellt. Die Walze wird normalerweise nur einmal gefüllt; diese Füllung hält für
lange Zeit.
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Ferner ist mit dem Flansch 5 ein Schleifringkopf 8 verbunden, in dem
ein Doppe lrohr 9, 9a befestigt ist, das seinerseits koaxial-zu der Walzenachse
über die gesamte Länge der Walze sich erstreckt und im rechtsseitigen Lagerzapfen
3 über einen feststehenden Bock lo gelagert ist, so daß Rohr und Walze sich gemeinsam
drehen können.
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Der Schleifringkopf 8 dient dazu, das Wasser aus den stehenden Rohren
15 und 16 in die sich drehende Walze zu leiten.
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Das Doppelrohr ist in bezug auf die Zeichnung rechtsseitig abgeschlossen,
jedoch ist dessen Mittelrohr freigelassen und über einen Dichtungsring 11 gehalten.
vter die Länge der Walze erstreckt sich eine in Abhängigkeit der seitlichen Öffnungen
der Walze so groß wie möglich ausgebildete doppelsträngige Rohrwendel 12. Anfang
13 und Ende 14 der Rohrwendel 12 kommunizieren mit dem außen liegenden Rohr 9, daß
in bezug auf die Zeichnung mit seinem liSis vom Dichtungsring 11 liegendem Teil
dem Abfluß des Wärmeübertragungsmediums dient. Das. innen liegend Rohr 9a und der
rechts vom Dichtring 11 liegende Teil des äußeren Rohres dienen dem Zufluß des Mediums.
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Die Steigung der Wendel ist für den Fall der Heizung in den den Walzenenden
benachbarten Bereichen geringer, deren Windungsanzahl hier also höher als in den
übrigen Bereichen. Für den Fall der Kühlung ist die Windungsanzahl dagegen in der
Mitte der Walze höher als an den den Lagerstellen benachbarten Rändern. Dies gilt
insbesondere für Walzen, die in herkömmlicher Art elektrisch beheizt sind. Das Innenrohr
9a des Doppelrohres 9 ist ferner mit der schon erwähnten Zuflußleitung 15, und das
äußere Rohr mit der Abfkußleitung 16 verbunden, die ihrerseits an dem Schleifringkopf
8 befestigt sind. Uber eine Pumpe 17 kann durch die im Kreislauf über eine Wärmequelle
18 und eine Kühlvorrichtung 19 verbundene Zu- und Abflußleitung und die als Heizkörper
bezeichnete Rohrwendel 12 ein wärmeleitfähiges Medium, Wasser, Dampf, Öl, o.ä. bewegt
werden, so daß das in der Walze befindliche Wasser W bis auf die durch die Temperatur
der Wärmequelle 18 bzw. Kühlvorrichtung 19 vorgegebenen Betriebstemperatur indirekt
erwärmt bzw. gekühlt auf dieser gehalten wird. Durch die Relativbewegung zwischen
Heißwasser und Rohrwendel findet die erforderliche Wärmeübertragung zwischen Heizkörper,
Wasser und hSalzenmantel
statt. Der Dampfdruck, der dabei in der
Kammer der Walze entsteht, bewegt sich dabei entlang der Sattdampflinie des 1-5-Diagramms.
Die erforderlichen Durchsatzinengen von Wärmeübertragungsmedium sind relativ klein.
Die Pumpe ist durch einen Geber 20 gesteuert oder aber, falls in der Walze ein Temperaturfühler
angeordnet ist, geregelt, was durch den Pfeil 21 am Geber 20 symbolisiert ist. Entsprechendes
gilt für die bereits erwähnte Kühlung.
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Eine andere Ausführung des Heizkörpers ist in der Fig. 2 gezeigt,
in der zur Vereinfachung alle Teile, die mit dem Transport des Heißwassers zusammenhängen,
nur angedeutet sind. Hier ist der Heizkörper ein rohrförmiger Einbaukörper 23, der
durch ein bei 9a zugeführtes Wärmeübertragungsmedium beheizt wird. Sein Durchmesser
erweitert sich in den Zonen 24 und 25 der Walze 1, die den Lagerstellen 2 und 3
benachbart sind. Hierdurch ist es ebenfalls möglich, die Walze partiell differenziert
zu temperieren.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt Figur 3. Der Heizkörper ist hier
als Rohrkörper 33 in Form eines zur Längsachse der Walze 1 koaxialen Verdrängers
ausgebildet.Zur erhöhten Beheizung der Walzenenden ändert sich sein Durchmesser
über dessen Länge, und zwar bildet der Rohrkörper in den Zonen der Walze, die den
Lagerstellen 2 und 3 benachbart sind, Leitflächen 34, die die Strömung des Wärmeübertragungsmediums
an der dortigen Innenwandung 35 der Walze halten, Hier wird also die Walze durch
das im Kreislauf geführte Wärmeübertragungsmedium direkt beheizt.