DE3140425C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizbare Glättwerk- oder Kalanderwalze der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Walze ist aus der US-PS 42 35 002 bekannt und weist einen zy­ lindrischen Walzenhohlkörper, einen getrennten, in aller Regel angeschraub­ ten Flanschzapfen für jedes Ende des zylindrischen Walzenhohlkörpers, einen in dem zylindrischen Walzenhohlkörper angeordneten Verdrängerkörper, der mit dem Walzenhohlkörper einen Ringspalt bildet, in mindestens einem Flanschzapfen vorgesehene Zu- und Abführleitungen für einen den Ringspalt durchströmenden, flüssigen Wärmeträger sowie radiale Durchflußöffnungen für den Wärmeträger in den Endbereichen des Verdrängerkörpers auf.

Bei der aus der US-PS 42 35 002 ersichtlichen Ausführungsform wird der flüssige Wärmeträger nur von einer Seite her zugeführt, strömt also zunächst an der Außenseite des Verdrängerkörpers entlang und dann durch das Innere des Verdrängerkörpers zurück zu dem Ausgangs-Flanschzapfen. Als Al­ ternative hierzu ist es auch möglich, die Abführleitung für den flüssigen Wärmeträger in dem anderen Flanschzapfen vorzusehen, so daß die Rückführung durch den Verdrängerkörper entfällt.

Weiterhin geht aus der DE-AS 11 83 230 eine beheizbare Glättwerk- oder Ka­ landerwalze hervor, bei der die Flanschzapfen einstückig mit dem Walzen­ hohlkörper ausgebildet sind. Dabei wird auf das Problem abgestellt, daß oft in der Ballenmitte durch die von einem vorhergehenden Arbeitsprozeß zuge­ führte Wärmemenge, insbesondere aber durch eine beabsichtigte oder unbeabsichtigte Friktion in der Ballenmitte eine erhöhte Temperatur entsteht, wodurch es zu starken Temperaturdifferenzen zwischen der Ballenmitte und den Ballenenden kommt.

Um den Wärmeübergang an den entsprechenden Stellen der Walze dem entspre­ chenden Wärmeverbrauch anzupassen, wird eine Walze vorgeschlagen, bei der in der Heizbohrung im mittleren Bereich der Walze Widerstandskörper zum Verringern des Wärmedurchgangs vorgesehen sind, wodurch sich ein relativ genau definierter Wärmefluß in diesem Bereich einstellen läßt. Zur Ergän­ zung dieser auf die Mitte des Walzenhohlkörpers abzielenden Maßnahme wird noch vorgeschlagen, an den Ballenenden der Walze durch größere Flächen der Heizbohrungen einen besseren Wärmeübergang als in der mit den Widerstands­ körpern gegen den Wärmedurchgang versehenen Ballenmitte zu erreichen, wodurch die Temperatur an den Enden der Ballenoberfläche gleich oder sogar höher als in der Mitte der Ballenoberfläche wird. Dadurch soll sich die an den Zapfen auftretende, starke Wärmeableitung nicht mehr ungünstig auf den Temperaturverlauf auf der Ballenoberfläche auswirken.

Eine solche Walze wird insbesondere zur Herstellung und Verarbeitung von Papier eingesetzt. Im Laufe der Zeit sind jedoch die Ansprüche an die gleichmäßige Dicke und die für die Bedruckbarkeit wichtige Glätte der Papiere ständig gestiegen, wobei insbesondere in den letzten Jahren leich­ te, dünne Papiere stark gefragt waren. Um bei diesen dünnen Papieren prozentual die gleichen Dickenabweichungen wie bei den bisher üblichen dickeren Papiern zu erzielen, werden auch an das Profil der Walze immer höhere Anforderungen gestellt. Diesem wurde teilweise durch eine Verbesserung der geometrischen Form der Walzen durch Fortschritte in der Schleiftechnik Rechnung getragen, so daß heute bei der Herstellung von beispielsweise 45 g/m² Papier die Toleranzwerte für den Durchmesser der Walze im µm-Be­ reich liegen.

Es hat sich nun herausgestellt, daß mit den gattungsgemäßen Walzenkonstruk­ tionen diese Toleranzwerte nicht eingehalten werden können, d.h., 45 g/m² oder dünneres Papier läßt sich mit einer solchen Walze nicht mit der ge­ wünschten gleichmäßigen Qualität herstellen, da sich der Durchmesser der Walze über ihre Länge, die bis zu 9 m betragen kann, zu sehr ändert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine beheizbare Glätt­ werk- oder Kalanderwalze der angegebenen Gattung zu schaffen, die über ihre gesamte Länge, einen extrem gleichmäßigen Durchmesser hat, so daß bei­ spielsweise auch extrem dünne, bahnförmige Materialien mit den erforder­ lichen Toleranzwerten verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Überlegun­ gen: Setzt man entsprechend einer üblichen Daumenregel für die Wärmeausdeh­ nung von Eisen bzw. Stahl, also einem Material, wie es üblicherweise für die Herstellung solcher Walzen verwendet wird, bei einem Temperaturunter­ schied von 1°C auf eine Bezugslänge von 1000 mm eine Durchmesseränderung von etwa 10 µm voraus, so macht sich eine Temperaturänderung von 4°C bei einer Walze mit einem Solldurchmesser von 710 mm durch eine Vergrößerung des Durchmessers um 28 µm bemerkbar. Auch durch eine extrem sorgfältige Schleifbearbeitung kann eine solche Abweichung nicht kompensiert werden.

Diese Schwankungen im Durchmesser der Walze und die damit verbundenen Form­ änderungen lassen sich auch durch sorgfältige Einstellung der Temperatur des flüssigen Wärmeträgers, beispielsweise Wasser oder Öl, nicht beherr­ schen.

Sieht man nun Wärmedämmschichten, nämlich entweder Ringe aus einem wärme­ dämmenden Material oder Tot- bzw. Hohlräume mit einem ruhenden flüssigen Wärmeträger, an den Enden des zylindrischen Walzenhohlkörpers vor, so läßt sich der Wärmefluß vom flüssigen Wärmeträger auf die Endbereiche des zylin­ drischen Walzenhohlkörpers und/oder auf die Lagerzapfen und damit die er­ wähnte Formänderung des zylindrischen Walzenhohlkörpers wesentlich verrin­ gern; etwaige Temperaturänderungen des Wärmeträgers wirken sich also prak­ tisch nicht mehr auf die Flanschzapfen bzw. auf den zylindrischen Walzen­ hohlkörper aus, so daß die erwähnten Toleranzwerte eingehalten werden kön­ nen.

Dabei spielt auch eine Rolle, daß bei solchen Walzen im mittleren Bereich des Walzenhohlkörpers von außen mehr Wärme abgenommen wird als an den End­ bereichen, weil dieser mittlere Bereich von dem zu verarbeitenden Bahnmate­ rial umlaufen wird, das in aller Regel eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit hat und deshalb Wärme von der Oberfläche des Walzenhohlkörpers aufnimmt. An den Enden des Walzenhohlkörpers besteht dieser Kontakt zu dem zu verar­ beitenden Bahnmaterial nicht, so daß dort ein Wärmestau entsteht, der wie­ derum zu einer Temperaturerhöhung führt.

Durch die Verwendung einer Wärmedämmschicht in diesem Bereich wird der Wär­ mefluß zu den Endbereichen des Walzenhohlkörpers verringert oder sogar vollständig unterdrückt, so daß sich eine entsprechende Reduzierung der Temperatur ergibt, die wiederum zu einer Verringerung der thermischen Aus­ dehnung der Endbereiche führt; dadurch bleibt der Durchmesser der Walze über ihre gesamte Länge konstant, so daß auch der Spalt zwischen dieser Walze und einer Gegenwalze sich auf seiner ganzen Länge nicht ändert, also auch extrem dünnes, gleichmäßiges Bahnmaterial verarbeitet werden kann.

Die Wärmedämmschicht kann nach einer bevorzugten Ausführungsform als Ring aus Wärmedämm-Material ausgebildet sein. Als Material kommen hier bei­ spielsweise hochpolymere Werkstoffe, wie Polytetrafluorethylen oder Gummi in Frage. Unter Umständen kann auch ein Metallring vorgesehen sein, der dann aus einer Legierung mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen muß. Ein fester Ringkörper kann beispielsweise als Hohlring aus Blech ausgebildet sein, der im Innern Luft enthält.

Nach einer anderen Ausführungsform wird die Wärmedämmschicht durch einen mit einem ruhenden Wärmeträger gefüllten, durch einen Ring abgeschlossenen Bereich des Ringspaltes gebildet. In diesem Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß kein Austausch des ruhenden Wärmeträgers mit dem strömenden Wärmeträger erfolgt, so daß der Ring auch Dichtfunktion erfüllt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch das Ende einer aus Hartguß bestehenden Glättwerk- oder Kalanderwalze,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt von Fig. 1, nämlich einen Axialschnitt durch den Anschluß des Wal­ zenhohlkörpers an den Flanschzapfen sowie den axial verstellbaren Ring aus Wärmedämmaterial, und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Walze, wobei nur die Hälfte eines Endes der Walze dargestellt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Kalanderwalze besitzt im wesentlichen einen aus Hartguß bestehenden, zylindrischen Walzen-Hohlkörper 1, an beiden Enden dieses Hohlkörpers sitzende und mit Hilfe von einstückig mit ihnen ausgebildeten Flanschen 2 den Hohlkörper 1 tragende Zapfen 3 sowie einen den Hohlraum zwischen den Flanschen 2 und dem Hohlkörper 1 bis auf einen schmalen Ringspalt 5 ausfüllenden Verdrängerkörper 4, der an seinen beiden Enden zwischen den Flanschen 2 und seiner Stirnwand 7 jeweils einen etwa trommelförmigen Strömungsraum 6 frei läßt.

Wie bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist auch bei der Konstruktion nach Fig. 1 der Flansch 2 in üblicher Weise gegen die entsprechende Stirn­ wand des Hohlkörpers 1 geschraubt und in einer Ausdrehung am Ende des letz­ teren mit einem entsprechenden Vorsprung zentriert.

Der Verdrängerkörper 4 besteht aus einem am Hohlkörper 1 gemessen dünnen, zylinderförmigen Blechmantel 8, der mit seinen beiden Enden wie aus der Zeichnung ersicht­ lich an einem entsprechenden Vorsprung des Flansches 2 zentriert ist. In Axialrichtung stößt der Mantel 8 des Verdrängerkörpers mit dem in der Praxis erforderlichen Spiel gegen die Stirnflächen des Flansches 2 an. Der Mantel 8 ist mit zwei runden, die Stirnwände 7 des Verdrängerkörpers bilden­ den Blechscheiben verschweißt. Die Blechscheiben haben von der in Fig. 1 linken Stirnfläche des Flansches 2 einen solchen Abstand, daß sie zwi­ schen sich und dieser Stirnfläche den erwähnten trommelförmigen Strömungs­ raum 6 frei lassen. In der Zeichnung ist durch einen oberen Pfeil die Ein­ strömung des flüssigen Wärmeträgers - meist Wasser - gezeigt, während der untere Pfeil den Strömungsverlauf am anderen Walzenende zeigt, wo die Strö­ mung die Walze wieder verläßt. Damit die Strömung aus einem zentral den Zapfen 3 durchsetzenden Kanal 9 durch den Strömungsraum 6 in den Ringspalt zwischen dem Verdrängerkörper 4 und dem Hohlkörper 1 strömen kann, sind in dem die Stirnwand 7 überragenden Teil des Mantels 8 Durchflußöffnungen 10 ("Fenster") ausgespart, durch welche der Wärmeträger fließt. Am anderen Ende ist die Konstruktion analog.

Die Breite der mit der Walze gemäß Fig. 1 zu behandelnden Bahn, beispiels­ weise einer Papierbahn, ist oben in Fig. 1 angedeutet und mit "Bahnbreite" bezeichnet. Wenn im Betrieb bei beheizter Walze eine fortlaufende Kühlung des Walzenumfangs im Bereich der Bahnbreite durch die behandelte Bahn er­ folgt, bleibt der rechts von der Bahnbreite in Fig. 1 und am nicht gezeig­ ten Walzenende links von der Bahnbreite liegende Walzenendbereich ungekühlt, so daß er sich stärker aufheizt und damit im Durchmesser wächst. Um dem entgegenzuwirken, sind zum einen die Fenster 10 in den überstehenden Bereichen des Verdrängerkörpermantels 8 axial im Abstand von der Stirnfläche 11 des Flansches 2 angebracht. Ferner ist im Bereich zwischen der Innenoberfläche des Hohlkörpers 1 und der Außenoberfläche des Mantels 8 des Verdrängerkörpers 4 zwischen den Fenstern 10 einerseits und der Stirnfläche 11 andererseits ein Wärmedämmring 13 vorgesehen. Dieser Wärmedämmring 13 hat die Form eines Zylinderrings. Er füllt den Spalt zwischen der Innenoberfläche des Hohlkörpers 1 und der an diesem Bereich entsprechend überdrehten Außenoberfläche des Mantels 8 wenigstens angenähert aus. Seine axiale Erstreckung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa gleich zwei Drittel des am gezeigten Walzenende die Bahnbreite überragenden Teils des Hohlkörpers.

Dieser Wärmedämmring 13 besteht beispielsweise aus einem ausreichend wärme­ und wasserfesten Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen, der auch genügend wärmedämmend ist. Stattdessen kann auch ein anderer Kunststoff verwendet werden, der mit PTFE überzogen ist. Wesentlich ist in Bezug auf die Mate­ rialauswahl, daß dieses die erforderlichen thermischen Belastungen aushält und darüberhinaus eine weitaus geringere Wärmeleitfähigkeit als der Hart­ guß des Hohlkörpers aufweist.

Um den durch den Wärmedämmring 13 gebremsten Wärmeübergang von dem Wärme­ träger in die Enden des Hartguß-Hohlkörpers 1 verändern zu können, ist der Wärmedämmring 13 in dem Ringspalt 15 (Fig. 2) axial verschiebbar gelagert. Um ihn verschieben zu können, sind mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stellschrauben 16 vorgesehen, die im Flansch 2 drehbar, aber gegen axiale Verschiebung beispielsweise mittels Sprengringen 17 gesichert gelagert sind. Gegen den Austritt von Flüssigkeit durch die Bohrung für die Schäfte der Stellschrauben 16 ist jeweils ein entsprechender Dichtungsring 19 vor­ gesehen. Die Stellschrauben 16 besitzen zylindrische Köpfe mit Innensechs­ kant und sind in entsprechende Gewindebohrungen des Wärmedämmrings 13 ein­ geschraubt.

Werden nun die Schrauben 17 gedreht, so wird hierdurch der Wärmedämmring 13 verschoben. In seiner in Fig. 1 oder 2 äußersten rechten Lage übt er die geringste Wärmedämmwirkung aus. Wird er nach links verschoben, so erhöht sich die Wärmedämmwirkung, da der durch den Ring abgedeckte Teil der Hohl­ körperinnenfläche nach links vergrößert wird, während der Hohlraum, der in Fig. 1 und 2 rechts vom Wärmedämmring 13 ist, ebenfalls vergrößert wird und dort dadurch ebenfalls eine Wärmedämmwirkung ausübt. Diese Wärmedämmwirkung ist weitgehend unabhängig davon, ob sich der Hohlraum mit Wärmeträgerflüs­ sigkeit füllt oder nicht, da die dort stehende Wärmeträgerflüssigkeit eine erheblich schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Metall der umge­ benden Teile.

Wie insbesondere aus Fig. 1 leicht erkennbar, besteht die Möglichkeit, daß ein erheblicher Wärmetransport aus dem Kanal 9 und dem trommelförmigen Strömungsraum 6 durch die entsprechenden Oberflächen des Zapfens 3 und des Flansches 2 in den Flansch und von diesem in den Hohlkörper 1 erfolgt. Um dem entgegenzuwirken, ist in dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbei­ spiel die dem Strömungsraum 6 zugekehrte Stirnfläche 11 des Flansches 2 mit einer Platte 18 aus Wärmedämmstoff, beispielsweise einem entsprechenden Kunststoff, belegt. Die Platte 18 kann beispielsweise festgeschraubt oder festgeklebt sein. Auf diese Weise ist der Wärmestrom vom Raum 6 in den Flansch weitgehend gebremst. Im gleichen Sinne wirkt die aus Fig. 1 er­ sichtliche Auskleidung des Strömungskanals 9 durch eine Hülse 20 aus wärme­ isolierendem Kunststoff, die in eine entsprechende Ausdrehung des Zapfens 3 im Bereich des Flansches 2 eingeschoben ist und dort beispielsweise mittels eines Stiftes gegen axiales Verschieben gesichert ist.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, ist auf diese Weise der Endbereich des Hartguß-Hohlkörpers 1, die der Strömung zugekehrte Stirnfläche des Flansches 2 und das Innere des Strömungskanals 9 im Bereich des Flansches 2 jeweils von einer Wärmedämmschicht abgedeckt, so daß der Wärmeströmung von dem Wärmeträger in den Bereich außerhalb des von der Bahn bedeckten Mittelbereiches des Hohlkörpers ein sehr hoher Widerstand entgegenwirkt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Walzenkonstruktion ist der Aufbau der Walze selbst und des Verdrängerkörpers im wesentlichen der gleiche wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 1 und 2. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen, und die Beschreibung von Fig. 1 gilt sinngemäß insoweit auch für Fig. 3. Im Gegensatz zur Konstruktion nach Fig. 1 besteht die Wärmedämmschicht im wesentlichen aus einem den Totraum 25 zwischen dem Hohlkörper 1, der linken Stirnseite des Flansches 2, dem Außenumfang des Verdrängerkörpermantels 8 und einem Absperrring 21 ausfüllenden flüssigen Wärmeträger.

Der Ring 21 ist beispielsweise ein auf den Mantel 8 im Bereich der dem Zap­ fen 3 naheliegenden Ränder der Fenster 10 aufgeschweißter Stahlring. Es kann aber auch ein Ring 21 aus Isoliermaterial, wie z.B. einem entsprechen­ den Kunststoff oder temperaturbeständigen Gummi, hier vorgesehen sein. Der Ring 21 muß dabei nicht notwendig zwischen der Außenfläche des Verdränger­ körpermantels 8 und der Innenfläche des Hohlkörpers 1 dichten. Eine geringe Zirkulation an Wärmeträger zwischen dem Wärmeträgerstrom und der Wärmeträ­ germenge im Totraum 25 spielt hier praktisch kaum eine Rolle.

Ein Vergleich der Konstruktionen nach Fig. 3 und Fig. 1 zeigt, daß bei der Konstruktion gemäß Fig. 3 eine weitaus geringere Wärmedämmung angestrebt und erreicht wird als bei der Konstruktion gemäß Fig. 1. Man wird einen Aufbau, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, in erster Linie dann wählen, wenn (bei beheizter Walze) der Wärmeverlust der Walzenoberfläche durch Strahlung und Konvektion in dem nicht vom Bahnmaterial umlaufenden Endbereich der Walze nicht wesentlich geringer ist als der Wärmeverlust durch Strahlung, Konvektion und vom Bahnmaterial aufgenommener Wärme im vom Bahnmaterial umlaufenen Walzenbereich.

Das Bahnmaterial ist in Fig. 3 bei 22 gezeigt.

Bei allen beschriebenen Konstruktionen ist der Verdrängerkörper 4 innerhalb des Hohlkörpers in Radialrichtung in bekannter Weise durch aufgeschweißte sich axial erstreckende Flossen gestützt. Eine derartige Flosse ist in Fig. 3 bei 23 gezeigt.

Claims (5)

1. Beheizbare Glättwerk- oder Kalanderwalze,

• a) mit einem zylindrischen Walzenhohlkörper;
• b) mit einem getrennten Flanschzapfen für jedes Ende des zylindrischen Walzenhohlkörpers,
• c) mit einem in dem zylindrischen Walzenhohlkörper angeordneten Ver­ drängerkörper, der mit dem Walzenhohlkörper einen Ringspalt bildet,
• d) mit in mindestens einem Flanschzapfen vorgesehenen Zu- und Abführ­ leitungen für einen den Ringspalt durchströmenden flüssigen Wärme­ träger, und
• e) mit radialen Durchflußöffnungen für den Wärmeträger in den Endbe­ reichen des Verdrängerkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß
• f) zwischen den Durchflußöffnungen (10) und der Stirnfläche des Flansch­ zapfens (2) eine den Ringspalt (15) ausfüllende Wärmedämmschicht (13) angeordnet ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht ein Ring (13) aus Wärmedämm-Material ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Lage des Rings (13) einstellbar ist.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flanschzapfen (2) Stellschrauben (16) zur axialen Verschiebung des Rings (13) gelagert sind.

5. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämm-Schicht durch einen mit einem ruhenden Wärmeträger gefüllten, durch einen Ring (21) abgeschlossenen Bereich des Ringspaltes gebildet ist.