DE4036121C2 - Heizwalze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizwalze zur Verarbeitung von bahnartigen Materialien, z. B. Papier, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Derartige Walzen werden zur Herstellung und Verarbeitung von Materialbahnen, insbesondere von Papierbahnen eingesetzt. Dabei liefern die Walzen einen wesentlichen Beitrag zur Qualität der herzustellenden bzw. der zu verarbeitenden Materialbahnen. Es kann dabei wünschenswert sein, die Walzen zu beheizen oder zu kühlen, wodurch ein unmittelbarer Einfluß auf die zu bearbei­ tende Materialbahn erzielt wird.

Bei diesen Walzen haben sich im wesentlichen zwei Bauarten durchgesetzt. Die eine Bauart ist auf Rohrwalzen mit einge­ schrumpftem Verdrängerkörper gerichtet, bei denen ein fluider Wärmeträger in einem zwischen Walzenrohr und Verdrängerkörper ausgebildeten Spalt die Walze durchströmt. Die andere Bauart ist auf peripher gebohrte Walzen gerichtet, bei denen eine größere Anzahl von axialparallelen Bohrungen unter der Walzen­ oberfläche angelegt ist, wobei der fluide Wärme- bzw. Kälteträ­ ger die peripheren Bohrungen durchströmt, um über die Bohrungs­ wandungen, über das Walzenmaterial und die Walzenoberfläche Wärme auf das zu bearbeitende bahnartige Material zu übertragen oder von diesem abzuführen.

Insbesondere bei Walzen für hohe Oberflächentemperaturen, die bis auf 200°C und darüberhinaus reichen können und damit sehr hohe Heizleistungen erfordern, wird die mit peripheren Bohrun­ gen versehene Ausführung bevorzugt eingesetzt. Dieses geschieht deshalb, weil in den Heizbohrungen der fluide Wärmeträger näher an die Walzenoberfläche herangeführt werden kann und so im Betrieb der Temperaturabfall in der Walzenwand geringer ist. Außerdem können hierdurch die im Walzenkörper auftretenden Spannungen und die thermischen Verformungen des Walzenkörpers positiv beeinflußt werden.

Die peripheren Bohrungen im Walzenkörper einer Heiz- und/oder Kühlwalze können entweder parallel oder seriell nacheinander von dem Wärmeträger durchströmt werden. Dabei sind für die serielle Durchleitung des fluiden Wärmeträgers durch mehrere aufeinanderfolgende periphere Bohrungen Verbindungen zwischen den einzelnen peripheren Bohrungen vorgesehen. Auf diese Weise kann der Wärmeträger nach dem Passieren einer peripheren Boh­ rung jeweils in einer benachbarten peripheren Bohrung wieder zurückgeführt werden. Eine weitere, häufig verwendete Variante dieses Strömungssystems verwendet eine serielle Anordnung von drei seriell hintereinander durchströmten Bohrungen, wobei diese Bohrungen in der Regel zueinander benachbart sind. Dabei kann der Wärmeträger durch einen der Zapfen in die Walze einge­ führt werden und durch den gegenüberliegenden Zapfen wieder aus der Walze herausgeführt werden.

Es sind außerdem Kombinationen von Anordnungen von zwei oder mehreren parallelen peripheren Bohrungen bekannt, die seriell von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden.

Beim Betrieb kühlt sich der außerhalb der Walze aufgeheizte fluide Wärmeträger beim Durchströmen der peripheren Bohrungen ab. Dabei gibt er laufend Wärmeenergie an die Walze ab. Der Walze wiederum wird laufend durch die Papierbahn Wärme entzo­ gen. Der Betrag der Abkühlung errechnet sich aus dieser Wärme­ leistung und dem Durchsatz an fluidem Wärmeträger pro Zeitein­ heit sowie dessen spezifischer Wärme. Zwar läßt sich theore­ tisch der Temperaturabfall durch entsprechende Durchsatzmengen beliebig verringern; in der Praxis zwingen aber wirtschaftliche und technische Randbedingungen dazu, einen Temperaturabfall beispielsweise in der Größenordnung von 10°C zu akzeptieren. Dies bedeutet aber, daß es auch in den Walzen selbst zu ent­ sprechenden Temperaturunterschieden kommt.

Je nach Konstruktion der Walze und der Auswahl der Strömungs­ systeme läßt sich ein teilweiser Temperaturausgleich erreichen, so daß sich beim Betrieb z. B. ein Temperaturunterschied in der Walze nur noch in einem etwa halb so großen Temperaturunter­ schied an der Walzenoberfläche auswirkt. Solche Unterschiede sind verfahrenstechnisch zumeist unbedeutend.

Die Auswirkungen der genannten Temperaturunterschiede auf die Walzenform sind jedoch häufig nicht vernachlässigbar. Berech­ nungen mit der Methode der finiten Elementen haben z. B. er­ geben, daß sich bei einer Walze mit einem Außendurchmesser von 1170 mm und 36 peripheren Bohrungen von jeweils 32 mm Durch­ messer auf einem Teilkreisdurchmesser von 1140 mm sowie einer Bahnlänge von 5800 mm im Betrieb die Temperaturen des fluiden Wärmeträgers in benachbarten peripheren Bohrungen um bis zu 6°C unterscheiden können. In diesem Fall durchströmt der Wärmeträ­ ger jeweils drei benachbarte Bohrungen nacheinander.

Bei dieser Konstruktion liegen jeweils an den Enden der Walze zwei periphere Bohrungen mit identischer Temperatur neben einer dritten, deren Temperatur um bis zu 6°C abweicht. Berechnungen mit der Methode der finiten Elemente haben dabei gezeigt, daß diese Temperaturunterschiede Abweichungen in der radialen Aus­ dehnung der Walze im Mikrometerbereich zur Folge haben. Die beschriebene Walze verformt sich dementsprechend an den Rändern in Richtung eines zwölfeckigen Polygons. In der Walzenmitte ist diese Verformung nicht so ausgeprägt, da die Temperaturen der Nachbarbohrungen in zwei von drei Fällen nur um bis zu 3°C unterschiedlich sind.

Beim Betrieb einer peripher gebohrten Heizwalze stellt sich im Walzeninneren eine Temperatur ein, welche der Temperatur ent­ spricht, die unmittelbar bei den Bohrungen anliegt. Nach außen fällt die Temperatur scharf bis auf die Betriebstemperatur der Walzenoberfläche ab. Dem Temperaturverlauf entsprechend dehnt sich das Walzenmaterial. Die genaue radiale Ausdehnung am Wal­ zendurchmesser ist wegen der räumlichen Verbundenheit der ver­ schiedenen Bereiche untereinander meist nur durch Berechnung nach der Methode der finiten Elemente zu bestimmen.

Wird eine periphere Bohrung tiefer in einer Walze verlegt, so hat dies auf die Temperaturverteilung zum Walzeninneren hin kaum einen Einfluß. Dagegen geht die Oberflächentemperatur deutlich zurück, weil die Wärme einen größeren Weg zur Ober­ fläche zurücklegen muß. Selbst einige Grade Celsius haben ver­ fahrenstechnisch keinen wirksamen Einfluß, wogegen die Tempera­ turabsenkung sehr wirkungsvoll ist, was die Verringerung der radialen thermischen Ausdehnung der Walze angeht.

Als Faustformel kann gelten, daß 1°C bei 100 mm Material eine Ausdehnung und damit eine Verformung von 1 Mikrometer bewirkt.

Durch diese Verformungen können sich anregende periodisch schwellende Kräfte im Walzenspalt ergeben, die bei schnellau­ fenden Maschinen bzw. Walzen häufig zu Schwingungsproblemen führen. Mit jeder Walzenumdrehung erfolgen bei der oben bei­ spielhaft mit Maßen angegebenen Walze während einer Umdrehung um 360° in den Lagern und gegenüber der Gegenwalze 12 kleine Erregungen und damit Störungen des Rundlaufes. Diese können verstärkt werden, wenn sie auf entsprechende Eigenfrequenzen des Walzenkörpers bzw. der gesamten Maschine, z. B. eines Ka­ landers, stoßen. In diesem Falle kann die Maschine nicht bis zu ihrer Garantiegeschwindigkeit betrieben werden, oder aber es treten periodische Verschleißmarkierungen auf den Walzen auf. Die Lebensdauer der Walzen und auch der Walzenlager kann hier­ durch negativ beeinflußt werden. Außerdem steigen die Instand­ haltungskosten, und zusätzliche Wartungsarbeiten, bei denen die gesamte Maschine stillstehen muß, werden nötig. Schließlich leidet hierunter die Qualität der bearbeiteten Materialbahnen.

Aus der GB-PS 1,420,97 bzw. der parallelen DE-OS 2,363,063 geht eine Walze hervor, die zum oben erläuterten Verdrängertyp gehört und bei der in axialen, nahe der Walzenoberfläche vorgesehenen Leitungen verschiedene Körper angeordnet sind, um Temperaturstörungen auf der Walzenoberfläche auszugleichen. Deshalb muß in den Bereichen, wo der Walzenoberfläche Wärme zugeführt wird, aufgrund von Turbulenzen und einer steigenden Strömungsgeschwindigkeit dafür gesorgt werden, daß mehr Wärme abgeführt werden kann. Dadurch können zwar grobe Temperatur­ änderungen an der Oberfläche des Walzenkörpers ausgeglichen werden, wie sie etwa bei dem Übergang von einem heißen, bahn­ artigen Material zu der benachbarten, nicht belegten Oberfläche der Walze zu erwarten sind. Änderungen der Temperatur eines Wärmeträgermediums lassen sich durch derartige Maßnahmen jedoch nicht ausgleichen.

Weiterhin zeigt die DE-OS 33 21 122 eine Walze mit peripheren, axialparallelen Leitungen bzw. Bohrungen, die zum Umbauen von eine Mittelbohrung aufweisenden Hohlwalzen in deren Außenmantel gebohrt werden. Dabei werden jeweils zwei benachbarte Bohrungen miteinander verbunden, indem außen an den Stirnseiten der Walze Kappen angesetzt werden, die eine Verbindungsleitung für jeweils zwei benachbarte Bohrungen darstellen.

Eine Heizwalze zur Bearbeitung von bahnartigen Materialien der angegebenen Gattung ist schließlich aus der DE-AS 11 78 201 bekannt, wobei der Walzenkörper eine innere dünnwandige Hülse und einen dickwandigen Hohlzylinder umfaßt; auf der dünnwandi­ gen Hülsen sind Rippen bzw. Finnen angeordnet, deren Abstand zueinander in ihrem Verlauf von einem Walzenende zum anderen Walzenende abnimmt; darüberhinaus nimmt auch der Durchmesser der dünnwandigen Hülse von einem Walzenende zum anderen Walzen­ ende in gleicher Weise ab. Dadurch soll der Temperaturunter­ schied ausgeglichen werden, den ein Heiz- bzw. Kühlmedium bei seiner Strömung von einem Walzenende zum anderen Walzenende erfährt. Dies soll wiederum eine gleichmäßige Oberflächentempe­ ratur der Walze gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalze der angegebenen Gattung so auszugestalten, daß ein möglichst gleichmäßiges Temperaturprofil über den gesamten Walzenkörper erzielt wird, indem den Temperaturänderungen des Wärmeträgerme­ diums Rechnung getragen wird.

Diese Aufgabe wird 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 darauf, daß durch die beanspruchten konstruktiven Maßnahmen einerseits die oben erwähnten Unterschiede im Walzendurchmesser minimiert oder im Idealfall sogar ganz vermieden werden können und anderer­ seits die Qualität der bearbeiteten Materialbahnen weiter verbessert wird.

Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, daß der Wärmeübergangs­ koeffizient vom fluiden Wärmeträgermedium auf die Wandung der peripheren Bohrung von der Geschwindigkeit abhängig ist, mit der das Wärmeträgermedium durch die Bohrungen strömt. Je feiner die Strömungsdurchmesser der peripheren Bohrungen abgestimmt sind, umso eher lassen sich Temperaturunterschiede des Wärme­ trägermediums, die auf unterschiedlichen Strömungsgeschwindig­ keiten beruhen, ausgleichen.

Dabei werden die Durchmesser der peripheren Bohrungen zweck­ mäßigerweise so berechnet, daß in Abhängigkeit vom gewählten Strömungssystem die pro Längeneinheit von der peripheren Bohrung an die Walze abgegebene Wärmemenge trotz sich ergeben­ der Temperaturunterschiede des Wärmeträgermediums möglichst konstant und die Radialausdehnung und deren Umfang möglichst gleichmäßig sind.

Zur Erzielung der Verjüngung der peripheren Bohrungen können Verdrängerkörper mit entsprechenden Durchmessern in die peri­ pheren Bohrungen eingesetzt werden, beispielsweise eingeschrumpft werden, wodurch relativ fein abgestimmte Durch­ messervarianten entstehen. Es ist auch möglich, solche Ver­ drängerkörper einzulöten oder einzukleben.

Nach einer weiteren Alternative werden die peripheren Bohrungen mit wärmedämmenden Materialien ausgekleidet, so daß die von dem Wärmeträgermedium pro Längeneinheit peripherer Bohrung an die Walze abgegebene Wärmemenge ebenfalls konstant bleibt. Hierbei ist es z. B. möglich, die strömungstechnisch nacheinander ge­ schalteten peripheren Bohrungen zunächst mit einem gleichmäßi­ gen Durchmesser zu versehen und anschließend Rohre bzw. Aus­ kleidungen mit Formen in die Bohrungen einzusetzen, die die entsprechende kontinuierliche oder diskontinuierliche Änderung ihres Außendurchmessers aufweisen. Der Spalt zwischen einer derartigen Schablone und der Wand der peripheren Bohrungen kann anschließend mit einem entsprechenden Isoliermaterial ausge­ füllt werden. Nachdem die Schablonen entfernt worden sind, ergibt sich eine Anordnung von peripheren Bohrungen mit einem sich fortlaufend kontinuierlich oder diskontinuierlich verjün­ genden Durchmesser.

In einer weiteren Ausgestaltung des Grundprinzips der Erfindung ist es auch möglich, die strömungstechnisch seriell nachein­ ander von dem Wärmeträgermedium durchströmten Bohrungen in unterschiedlichen, genau berechneten Entfernungen von der Wal­ zenoberfläche anzuordnen und/oder diese Bohrungen schräg zur Walzenoberfläche einzubringen, so daß die Wärme unterschiedli­ che Entfernungen von der Wandung der peripheren Bohrungen bis zur Walzenoberfläche zurücklegen muß.

Legt man also die Bohrung mit der höchsten Temperatur des flui­ den Wärmeträgers - bei einer Heizwalze wird dies die erste Bohrung sein - entsprechend tiefer, dann wird die Auswirkung der höheren Temperatur auf die radial stärkere Ausdehnung der Walze reduziert. Ein Optimum ist erreicht, wenn die peripheren Bohrungen nicht mehr axial parallel eingebracht werden, sondern, wie bereits erwähnt, mit sinkender Tem­ peratur des fluiden Wärmeträgers schräg nach oben zur Walzenoberflä­ che angelegt sind. Falls erforderlich, ist dies mit der Methode der finiten Elemente genau zu berechnen. Diese Ausführungsformen basieren auf dem Wärmewiderstand des Materials, aus dem der Walzenmantel besteht.

Wird die in den Walzenkörper eingeführte Wärmeträgerflüssigkeit zu nächst durch zwei Bohrungen durch den Walzenkörper hindurchgeführt, um an dessen Ende in eine einzelne periphere Bohrung einzumünden und durch den Walzenkörper wieder zurückgeführt zu werden, so läßt sich hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums er­ höhen. Durch diese Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird eine Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten in der rückläufigen peripheren Bohrung gegenüber den beiden hinläufigen peripheren Bohrungen erzielt. Durch die Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten in der rückläufigen Bohrung, in der die durchströmende Wärmeträger­ flüssigkeit bereits eine niedrigere Temperatur hat, werden ansonsten zwangsläufig auftretende Temperaturunterschiede dadurch vermieden, daß durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit von der bereits kühleren Wärmeträgerflüssigkeit mehr Wärme an den Walzenkörper abgegeben wird.

Selbstverständlich läßt sich dieses Prinzip auch variieren, indem zum Beispiel drei hinläufige periphere Bohrungen in zwei rückläufige oder auch nur in eine rückläufige periphere Bohrung einmünden. Dabei können die verschiedenen Bohrungen auch noch unterschiedliche Durch­ messer haben. Demnach läßt sich auch eine beliebige Anzahl von hin­ läufigen peripheren Bohrungen mit einer beliebigen Zahl von rückläu­ figen peripheren Bohrungen kombinieren. Dabei ist es lediglich erfor­ derlich, daß die Anzahl der rückläufigen peripheren Bohrungen ge­ ringer ist als die Anzahl der hinläufigen peripheren Bohrungen.

Ein vergleichbarer Effekt läßt sich dadurch erzielen, daß ein Teil der in den Walzenkörper eingeleiteten Wärmeträgerflüssigkeit im wesentlichen ohne einen Wärmekontakt zum Walzenkörper zu haben durch das Innere des Walzenkörpers hindurchgeleitet wird, während der ver­ bleibende Teil durch periphere, hinläufige Bohrungen durch den Wal­ zenkörper, nahe dessen Oberfläche hindurchgeführt wird. Am anderen Ende kann die unverbrauchte Wärmeträgerflüssigkeit dann der bereits benutzten Wärmeträgerflüssigkeit beigemischt und durch eine rückläu­ fige periphere Bohrung abermals durch den Walzenkörper hindurchge­ leitet werden. Dabei erhöht sich sowohl die Durchschnittstemperatur der rückläufigen Wärmeträgerflüssigkeit als auch deren Strömungsge­ schwindigkeit, wodurch einerseits mehr Wärme zur Verfügung steht und andererseits eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit für eine Verbesse­ rung des Wärmeübergangskoeffizienten sorgt. Auch auf diese Weise ist es möglich, über den Walzenkörper ein wesentlich verbessertes Tempe­ raturprofil zu erzielen.

Schließlich bleibt noch die Möglichkeit, zum Beispiel bei einer An­ ordnung von drei seriell nacheinander durchströmten peripheren Boh­ rungen, die erste, hinläufige Bohrung mit der dritten, hinläufigen Bohrung über eine Kurzschlußleitung zu verbinden, um auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeit in der dritten Bohrung, in der die Tem­ peratur des Wärmeträgers bereits stark abgesunken ist, zu vergrößern und außerdem ungebrauchten Wärmeträger, der noch auf seiner ursprüng­ lichen Temperatur ist, beizumischen. Auch hierdurch lassen sich die vorstehend erwähnten positiven Wirkungen erzielen, die zu einem gleichmäßigeren Temperaturprofil über den Bearbeitungsbereich der Walze führen können.

Zur Optimierung der gewünschten Walzeneigenschaften ist es häufig sinnvoll, die aufgeführten Maßnahmen miteinander zu kombinieren.

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der anliegenden Figuren näher erläutert werden. Dabei werden weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Walze;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Walze entlang der Schnittebene A-A gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine Walze gemäß Fig. 1 nahe der Walzenoberfläche;

Fig. 4 eine periphere Bohrung mit einem darin befindlichen Verdrängerkörper;

Fig. 5 ein Durchflußschema durch eine Anordnung von peripheren Bohrungen durch eine erfindungsgemäße Walze;

Fig. 6 ein weiteres Durchflußschema für eine erfindungsgemäße Walze, und

Fig. 7 ein Durchflußschema für drei seriell hintereinander angeord­ nete serielle Bohrungen bei einer erfindungsgemäßen Walze.

In der Fig. 1 ist eine Heiz- und/Kühlwalze, insbesondere zur Bearbei­ tung von Materialbahnen, wie z. B. Papier dargestellt, die allgemein durch das Bezugszeichen 8 gekennzeichnet ist. Die Walze 8 weist einen Walzenkörper 10 auf, an dessen beiden Stirnflächen Flanschzapfen 30a, 30b mit Befestigungsmitteln 13, z. B. Bolzen oder Schrauben, ange­ bracht sind. Dabei dient der Flanschzapfen 30a sowohl zur Lagerung der Walze 8 in einem nicht dargestellten Walzenlager als auch zur Be­ bzw. Entsorgung der Walze 8 mit bzw. von Wärme- oder Kälteträger­ flüssigkeit. Die Wärme- bzw. Kälteträgerflüssigkeit wird zunächst über eine Zuleitung 16 durch den Flansch 30a in das Walzeninnere geführt und dann über die Leitung 16a und weitere Verbindungsleitun­ gen 18 in die periphere Bohrungen 20 geleitet. Die peripheren Boh­ rungen 20 sind untereinander durch Leitungen 22 verbunden, so daß eine serielle Strömungsanordnung von peripheren Bohrungen realisiert ist. Über einen Walzeninnenraum 12 kann gebrauchte Trägerflüssigkeit durch eine Leitung 14a entsorgt werden.

An der betreffenden peripheren Bohrung 20 ist am gegenüberliegenden Ende der Walze 8 eine Leitung 19 vorgesehen, die über weitere Lei­ tungen, über die thermisch isolierte Leitung 14a und die Ableitung 14, die gebrauchte Flüssigkeit aus der Walze 8 entsorgt.

Der Flanschzapfen 30b wird in der Regel an einen Antrieb für die Ro­ tationsbewegung der Walze angeschlossen.

Fig. 2 verdeutlicht die soeben beschriebene Leitungsanordnung für jeweils drei seriell durchströmte periphere Bohrungen 20 in Höhe der Schnittlinie A-A nach Fig. 1. Dabei sind Zuleitungen 18 für die Ver­ sorgung einer jeden ersten Bohrung 20 von jeweils drei seriell ange­ ordneten Bohrungen 20 zu erkennen, die Trägerflüssigkeit von der Zuleitung 16a zuführen.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus der Walze 8 gemäß Fig. 1 darge­ stellt. Dabei ist in einer peripheren Bohrung 20 ein äußerst einfach gehaltener Verdrängerkörper 40 vorgesehen. Dieser kann sowohl an den jeweiligen Enden einer peripheren Bohrung 20 fixiert als auch durch Abstandshalter ortsfest in der jeweiligen peripheren Bohrung 20 gehalten sein.

In Fig. 4 ist eine periphere Bohrung teilweise dargestellt, die mit einem komplizierter gestalteten Verdrängerkörper 40 teilweise ausgefüllt ist. Durch die periphere Bohrung 20 bzw. durch den Zwi­ schenraum zwischen dem Verdrängerkörper 40 und der Wandung der peri­ pheren Bohrung 20 fließt das Trägermedium. Dabei engt der Verdrän­ gerkörper 40 die periphere Bohrung 20 diskontinuierlich ein. Die Trägerflüssigkeit fließt in Richtung der Pfeile 50. Bei gleichblei­ bendem Durchsatz ist hier die Strömungsgeschwindigkeit der Träger­ flüssigkeit im ersten Bereich 42 relativ gering, so daß die Geschwindigkeit des Wärmeträgers und damit auch die Wärmeübergangszahl noch relativ gering sind. Mit dem Auftreten des Verdrängerkörpers 40 wird die Trägerflüssigkeit bei gleichbleibendem Durchsatz in den Bereichen 44, 46 und 48 zu zunehmender Strömungsgeschwindigkeit gezwungen. Damit einher geht eine Erhöhung der Wärmeübergangszahl. In der Konsequenz ergibt sich daraus, daß trotz abnehmender Temperatur des Wärmeträgermediums eine gleichbleibende Wärmemenge auf den Walzenkörper 10 und damit auf die Walzenoberfläche übertragen wird.

Der in die periphere Bohrung 20 eingesetzte Verdrängerkörper 40 kann z. B. aus verschiedenen ineinandergesetzten Rohren mit unterschied­ lichen, ineinanderpassenden Durchmessern 54, 56, 58 zusammengesetzt sein. Ein konischer Strömungsteiler 52 am Beginn des Verdrängerkör­ pers 40 dient dabei einerseits als Verschluß für den Verdrängerkörper 40 und andererseits zur kontinuierlichen Anpassung der Strömungsver­ hältnisse der Trägerflüssigkeit an den Verdrängerkörper 40. Turbu­ lenzen sollen hier möglichst vermieden werden, da diese die Wärme­ übergangszahl örtlich in unerwünschter Weise erhöhen können. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Durchflußmenge der Trägerflüs­ sigkeit in den Bereichen 42, 44, 46 und 48 konstant ist, während die Strömungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit und die Wärmeüber­ gangszahl synchron zur Erhöhung des Durchmessers des Verdrängerkör­ pers 40 größer werden. Mit größer werdendem Durchmesser des Verdrän­ gerkörpers verringert sich der effektive Strömungsdurchmesser der peripheren Bohrung 40. Als Alternative zur beschriebenen Ausführungs­ form können die peripheren Bohrungen 20 mit einem den Wärmedurchgang hemmenden Material beschichtet sein, dessen Dicke gegebenenfalls den Durchmesser der Bohrungen 20 definiert. Außerdem können die Bohrungen 20 in unterschiedlichen Abständen von der Walzenoberfläche und/oder schräg zur Walzenoberfläche angeordnet sein.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze ist in Fig. 5 dargestellt. Hierbei wird durch den Flansch 30a Wärme­ trägerflüssigkeit zugeführt und durch zwei periphere Bohrungen 20a durch den Walzenkörper 10 hindurchgeführt. Am anderen Ende des Wal­ zenkörpers 10 münden die beiden peripheren Bohrungen 20a über zwei umfänglich verlaufende Leitungsabschnitte 21 in eine rückläufige periphere Bohrung 20b. Die Wärmeträgerflüssigkeit, die über die beiden Bohrungen 20a hindurchgeleitet worden ist, wird in der peri­ pheren Bohrung 20b vereinigt, durch den Walzenkörper 10 zurückgeführt und wieder durch den Flansch 30a entsorgt. Die Ein- bzw. Auslaßfunk­ tion des Flansches 30a ist durch die Bezugszeichen 14, 16 angedeutet.

Dabei wird die Wärmeträgerflüssigkeit, die durch die hinläufigen, peripheren Bohrungen 20a fließt, eine relativ geringe Strömungsge­ schwindigkeit haben, während die durch die rückläufige, periphere Bohrung 20b zurückströmende Wärmeträgerflüssigkeit nahezu die doppel­ te Strömungsgeschwindigkeit haben wird. Die Geschwindigkeiten inner­ halb der entsprechenden peripheren Bohrungen lassen sich selbstver­ ständlich noch durch den Durchmesser der jeweiligen peripheren Boh­ rungen beeinflussen, was allerdings bei dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel nicht der Fall ist. Hier wird die Strömungsgeschwindigkeit in der rückläufigen peripheren Bohrung 20b gegenüber der Strömungs­ geschwindigkeit in den hinläufigen beiden Bohrungen 20a stark erhöht, so daß durch eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten die Tempe­ raturabnahme des Wärmeträgers ausgeglichen wird. Die Folge ist ein wesentlich gleichmäßigeres Temperaturprofil über den Walzenkörper 10.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird die über den Flansch 30a zugeführte Wärmeträgerflüssigkeit aufgeteilt. Ein Teil der Wärmeträ­ gerflüssigkeit wird durch das Walzeninnere, ohne einen wesentlichen Wärmekontakt mit dem Walzenkörper 10 zu haben, hindurchgeführt, während der andere Teil über hinläufige periphere Bohrungen 20a durch den Walzenkörper 10 hindurchgeführt wird. Am anderen Ende, dem Ende der Walze 8, an dem der Flansch 30b vorgesehen ist, wird der unbe­ nutzte Teil der Wärmeträgerflüssigkeit über radial verlaufende Boh­ rungen oder Kanäle 21a in eine rückläufige periphere Bohrung 20b ein­ gespeist, in die gleichzeitig der benutzte Anteil der Wärmeträger­ flüssigkeit, der durch die hinläufige, periphere Bohrung 20a hin­ durchgeführt worden ist, über einen umfänglich verlaufenden Kanal 21 gelangt. Hierdurch wird einerseits noch wohltemperierte Wärmeträger­ flüssigkeit in den Walzenmantel zu dessen gleichmäßiger Erwärmung eingeführt und andererseits die Strömungsgeschwindigkeit in der rückläufigen, peripheren Bohrung 20b erhöht, wodurch wiederum der Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Wärmeträgerflüssigkeit und dem Walzenkörper 10 verbessert wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 basiert auf einer seriellen Anordnung von peripheren Bohrungen 20a, 20b. Dabei fließt die Wärmeträgerflüs­ sigkeit durch eine erste periphere Bohrung 20a, mündet über einen um­ fänglich verlaufenden Kanal 21 und eine rückläufige, periphere Bohrung 20b in eine weitere hinläufige, periphere Bohrung 20a, die schließlich in einen radial einwärts verlaufenden Kanal 21a mündet und durch eine im Walzen inneren vorgesehene Rückleitung wieder an den Flansch 30a angeschlossen ist.

Bei dieser Anordnung von peripheren Bohrungen ist eine Bypassleitung 21b vorgesehen, die die erste periphere Bohrung 20a mit der dritten peripheren Bohrung 20a kurzschließt. Hierdurch ist es möglich, der dritten peripheren Bohrung 20a einerseits unbenutzte Wärmeträger­ flüssigkeit zuzuführen und andererseits die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der dritten Bohrung 20a zu erhöhen. Wird diese Anordnung damit kombiniert, daß die rückläufige, periphere Bohrung 20b einen geringeren Durchmesser hat als die erste hinläufige, periphere Bohrung 20a, so lassen sich die wärmetechnisch interessierenden Parameter der Wärmeträgerflüssigkeit in den drei seriell angeordneten Bohrungen 20a, 20b in geeigneter Weise beeinflussen, ohne daß dadurch der Druck der Wärmeträgerflüssigkeit in einer der Bohrungen übermäßig ansteigt.

Claims (10)

1. Heizwalze zur Bearbeitung von bahnartigen Materialien, wie z. B. Papier,

• a) mit einem Walzenkörper mit Leitungen für ein heizbares Wärmeträgermedi­ um, die vorzugsweise axialparallel zum Walzenkörper angelegt sind, wobei zumindest einige der Leitungen mit einem anderen, gegebenenfalls ver­ änderten freien Leitungsquerschnitt bzw. den Leitungsquerschnitt Ver­ ändernden Mitteln versehen sind,
• b) wobei die Leitungen einen Strömungsrichtung abnehmenden freien Quer­ schnitt haben, um die Wärmeabgabe des Wärmeträgermediums durch die Bohrungswandungen über den Walzenmantel an die Walzenoberfläche des Walzenkörpers (10) über die Länge des Walzenkörpers (10) im wesentlichen konstant zu halten, und
• c) mit mindestens einem angeschraubten Flanschzapfen mit mindestens einer zentralen Bohrung für die Zu- und/oder Abführung des Wärmeträgermedi­ ums,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die Leitungen sind periphere Bohrungen (20; 20a; 20b)
• - zumindest zwei periphere Bohrungen (20) sind strömungstechnisch seriell nacheinander von dem Wärmeträgermedium durchströmt, und
• - die seriell durchströmten peripheren Bohrungen (20) weisen unterschiedliche Querschnitte auf, die diskontinuierlich und/oder kontinuierlich von der Zu- zu der Abführung kleiner werden.

2. Heizwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die seriell durchströmten, peripheren Bohrungen (20) Ver­ drängerkörper (40), vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern, eingesetzt sind, die sich diskontinuierlich oder kontinuierlich verjüngen.

3. Heizwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die peripheren Bohrungen (20) mit einem den Wärmedurchgang hemmenden Material beschichtet sind.

4. Heizwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung den Durchmesser der peripheren Bohrung (20) kontinuierlich oder diskontinuierlich ver­ jüngt.

5. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die peripheren Bohrungen (20) in unter­ schiedlichen Abständen zur Walzenoberfläche ausgebildet sind.

6. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die peripheren Bohrungen (20) schräg zur Walzenoberfläche angeordnet sind.

7. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeweils mindestens zwei periphere Boh­ rungen (20) an einem Ende des Walzenkörpers (10) zusammen­ geführt sind und in mindestens eine, insbesondere gegen­ läufige, Bohrung (20) einmünden, wobei die Anzahl der, insbesondere rückläufigen, Bohrungen (20) geringer ist als die der mindestens zwei Bohrungen (20).

8. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine periphere Bohrung (20) mit einer Parallelleitung versehen ist, die ohne ther­ mischen Kontakt durch den Walzenkörper (10) hindurchge­ führt ist und am anderen Ende des Walzenkörpers in eine rückläufige periphere Bohrung (20) einmündet.

9. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer Anordnung von jeweils drei seriell hintereinander durchströmten peripheren Bohrungen (20) die erste Bohrung (20) über einen Bypass mit der dritten peripheren Bohrung (20) verbunden ist.