DE2605424A1 - Trockenzylinder fuer papiermaschinen - Google Patents

Description

Kennwort: "Wärmeleitschicht" j. M. Voith GmbH

Trockenzylinder für Papiermaschinen

Die Erfindung betrifft einen Trockenzylinder für Papiermaschinen, insbesondere einen Yankee-Zylinder, dem eine Presswalze zugeordnet ist, wobei der Mantel des Yankee-Zylinders aus Stahl oder aus Gußeisen besteht. Solche Trockenzylinder werden im allgemeinen mit unter hohem Druck stehendem Dampf beheizt. Man ist dabei stets um eine hohe Wärmeleistung bemüht, das heißt, die Trocknung der Papierbahn soll zwischen Anfang und Ende der Umschlingungszone (bei gegebenem Dampfzustand) möglichst weit vorangetrieben werden.

Hierbei kommt dem Mantel des Trockenzylinders entscheidende Bedeutung zu. Um den Wärmedurchgang zu erleichtern, ist man bestrebt, die Wandstärke des Mantels so gering wie möglich zu halten. Dies findet jedoch an den Festigkeitsanforderungen seine Grenze. Im Hinblick auf den obenerwähnten, hohen Innendruck im Trockenzylinder muß man wohl oder übel eine gewisse Mindest-Wandstärke vorsehen. Wegen dieser Festigkeitsanforderungen scheidet auch die Wahl eines gut wärmeleitfähigen Mantelmateriales aus. Alle diese Materialien, wie z. B. Kupfer, haben eine viel zu geringe Festigkeit. Deshalb kommen praktisch nur Stahl oder Gußeisen als Mantelmaterial in Betracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknungsleistung von Trockenzylindern zu steigern, und dabei das in Bezug auf die Festigkeit bewährte Mantelmaterial, also Stahl oder Gußeisen, beizubehalten.

Gemäßder Erfindung v/ird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Mantel des Trockenzylinders auf seiner Außenseite mit einer Metallschicht versehen wird, und daß das Schichtmaterial eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Mantelmaterial

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aufweist. Als Schichtmaterial kommen insbesondere Kupfer, Mangan, Molybdän, Wolfram und deren Legierungen in Frage.

Der Erfinder hat erkannt, daß hierdurch die Trocknungsleistung des Zylinders ganz erheblich gesteigert werden kann. Dies ist deshalb überraschend, weil man ja zunächst annehmen muß, daß · jegliche Vergrößerung der Mantelstärke den Wärmedurchgang behindern muß. Man mußte zunächst glauben, daß die Hinzufügung weiterer Schichten, seien'sie auch noch so dünn und bestehen sie auch aus noch so gut wärmeleitendem Material, eine zusätzliche Sperre für die von innen nach außen wandernde Wärme darstellen muß. Dies ist aber nicht der Fall. Der Erfinder hat nämlich folgende Zusammenhänge erkannt: Die an den Trockenzylinder herangeführte, feuchte und verhältnismäßig kalte Papierbahn erniedrigt die Temperatur des Mantels an dessen Außenhaut, und zwar im Auflaufbereich der Papierbahn. Im Verlaufe der Umdrehung des Trockenzylinders kommt es dann wieder zu einer gewissen Steigerung der Temperatur der Außenhaut des Mantels. Diese Temperatur bleibt jedoch über einen größeren ümlaufweg hinweg auf einem geringeren Wert, als derjenigen Temperatur, die die Außenhaut vor dem Auflaufen der Papierbahn hatte. Diese Absenkung der Temperatur der Außenhaut des Mantels ist durchaus unerwünscht. Die Trocknung verläuft nämlich umso intensiver, je höher die Temperatur der Außenhaut ist.

Hier setzt die Erfindung ein: Ist der Mantel gemäß der Erfindung mit einer gut wärmeleitenden Schicht versehen, so wird es zwar auch zu einer gewissen Abkühlung im Augenblick und an der Stelle des Auflaufens der Papierbahn auf diese Schicht kommen. Die Außenhaut der Schicht wird jedoch auf dem weiteren Umlaufwege rascher wieder aufgeheizt, als sich die Außenhaut eines lediglich aus Stahl oder Grauguß bestehenden Mantels aufheizen würde. Das durch die anfängliche Abkühlung eingetretene Wärmedefizit wird nämlich - eben aufgrund der größeren Viärmeleitfahigkeit der Schicht rascher wieder ergänzt. Dadurch ist der Temperaturabfall der Außenhaut nicht so stark. Die Temperatur dieser Außenhaut ist

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also höher als bei konventionellen Trockenzylindern, und die Trocknungsleistung wird gesteigert.

Die Steigerungsraten hängen in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit der Schicht ab. Auch die Schichtdicke hat einen gewissen, günstigen Einfluß, wenngleich bereits sehr dünne Schichten erstaunliche Erfolge herbeibringen.

Die Erfindung ist ganz besonders vorteilhaft anwendbar bei sogenannten Yankee-Zylindern, bei denen das Papier zunächst mittels einer Preßwalze angepreßt wird, und die von einer Zwangskonvektions-Haube umgeben sind. Gerade bei Anwendung solcher Hauben kommt es ganz besonders darauf an, daß die Temperatur der Außenhaut des Trockenzylinder-Mantels so hoch wie möglich ist.

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

Figur 1 eine Papiermaschine in Seitenansicht und in schematischer Darstellung mit einem Yankee-Zylinder, und Figur 2 ein Temperaturdiagramm des Yankee-Zylinders, aufgetragen über dessen Mantelabwicklung.

Die in Figur 1 dargestellte Papiermaschine weist (in stark vereinfachter Darstellung) einen Stoffauflauf 1 auf, der auf einer Formierwalze 2 eine Papierbahn bildet. Diese Bahn wird von einem endlosen, umlaufenden Band j5 (Sieb oder Filz) von der Formierwalze 2 abgenommen und auf den Yankee-Zylinder 4 übertragen. Das Auflaufen der Papierbahn auf die Umfangsflache des Yankee-Zylinders vollzieht sich an der Umfangsstelle A, an der zwischen einer Preßwalze 5 und dem Yankee-Zylinder 4 ein Preßspalt gebildet wird.

Die Papierbahn folgt sodann der Umdrehung des Yankee-Zylinders Gegebenenfalls durchläuft sie einen zweiten Preßspalt, der zwischen Yankee-Zylinder 4 und einer zweiten Preßwalze 5¹ gebil-

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det v/erden kann. Der Yankee-Zylinder ist von einer Zwangskonvektions-Haube 6 teilweise umschlossen. Diese hat einen Einlaß 7 und einen Auslaß 8 für heiße Luft. An der Umfangsstelle B tritt die Papierbahn in den UmschlingungsDereich der Haube ein, an der Umfangsstelle C verläßt sie diesen Bereich wieder. An der Umfangsstelle D wird die Papierbahn von einem Schaber 9 abgenommen, um einem Rollapparat 10 zugeführt zu werden.

Wie man sieht, weist der Yankee-Zylinder 4 einen Mantel 11 auf, der eine dünne Schicht 12 trägt. Diese Schicht besteht aus Mangan.

Das in Figur 2 dargestellte Diagramm enthält vier Kurven. Die untere Kurve fl^j gibt den Verlauf der Wärmeübergangszahl für den Wärmeübergang zwischen Zylindermantel (beschichtet oder unbeschichtet) und Papier an. Die Wärmeübergangszahl&χ ist für die Wärmestromdichte mitbestimmend; die Wärmestromdichte ermittelt sich nämlich aus der Differenz zwischen der Temperatur der Außenhaut und der Temperatur des Papieres einerseits sowie dem Produkt von fa . Die nächst obere Kurve t₂ veranschaulicht den Verlauf der Temperatur des Papieres. Die dann folgende Kurve t^. gibt die Temperatur wieder, die die Außenhaut des.Zylindermantels ohne eine erfindungsgemäße Schicht haben würde. Die obere Kurve t^ zeigt schließlich den Verlauf der Temperatur der Außenhaut einer erfindungsgemäßen Schicht. Wie man sieht, ist die Kurve tu diejenige, die im Bereich zwischen der Umfangsstelle B und der Umfangsstelle C die höchsten Vierte hat, also auch die größte Wärmestromdichte erbringt. Hieraus erkennt man, daß die Erfindung ganz besonders vorteilhaft bei Yankee-Zylindern mit Zwangskonvektions-Hauben anwendbar ist, bei welchen der größte Teil des Wärmeüberganges vom Zylinder zum Papier in der ersten Hälfte der Trocknungszone erfolgt.

Heidenheim, den 11. Februar 1976
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Claims (5)

kp P 3432 j. μ. Voith GmbH Kennwort: "Wärmeleitschicht" Heidenheim/Brenz Patentansprüche

1. Trockenzylinder für Papiermaschinen, insbesondere Yankee-Zylinder mit einer diesem zugeordneten Preßwalze sowie mit Zwangskonvektions-Haube, dessen Mantel aus Stahl oder aus Gußeisen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (11) des Trockenzylinders (4) auf seiner Außenseite mit einer Metallschicht (12) versehen ist, und daß das Schichtmaterial eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Mantelmaterial aufweist.

2. Trockenzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) eine Dicke von 0,4 bis 2 mm hat.

3. Trockenzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeciehnungszahl des Schichtmaterials wenigstens annähernd gleich derjenigen des Mantelmaterials ist.

4. Trockenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis ]5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) durch Flammsprühen auf den Mantel (11) aufgebracht ist.

5. Trockenzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit des Schichtmaterials wenigstens doppelt so hoch wie diejenige des Mantelmaterials ist.

Heidenheim, den 11. Februar I976
DrVi, hu

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