DE4317873C2 - Hohler Walzenkörper zur Verwendung in einer Papiermaschine oder dergleichen Anlage zur Herstellung endlosen Bahnmaterials - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hohlen Walzenkörper zur Verwendung als Glättwerks- oder Kalander­ walze beziehungsweise als Trockenzylinder in einer Papier­ maschine oder dergleichen Anlage zur Herstellung endlosen Bahnmaterials nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 4.

Walzenkörper der gattungsgemäßen Art sind bekannt (ver­ gleiche DE-GM 92 06 265). Global betrachtet liegt den bekannten Lösungsansätzen und der vorliegenden Erfindung folgendes Problem zugrunde: Bei der Herstellung endlosen Bahnmaterials wie zum Beispiel Papier wird dieses Material in verschiedenen aufeinander folgenden Bearbeitungs- beziehungsweise Behandlungspartien mehr oder weniger mäanderförmig über Walzenkörper der gattungsgemäßen Art geführt. Je nach Art der Partie werden die Walzenkörper da­ bei mit unterschiedlichen Umschlingungswinkeln von der Materialbahn berührt und zwar unmittelbar anliegend oder beispielsweise unter Zwischenlage eines sogenannten Kontaktsiebs oder eines anderweitigen Belags nur mittelbar.

Im allgemeinen liegen die Verhältnisse nun so, daß - axial betrachtet - die Materialbahn den Walzenkörper nicht über die gesamte Breite, d. h. Walzenlänge berührt, und dies wiederum hat zur Folge, daß thermische Unstetigkeiten auf­ treten. Die Ursache besteht darin, daß im Bereich der den Walzenkörper partiell überlappenden Materialbahn diese dem beheizten Walzenkörper relativ viel Wärme entzieht, während zu beiden Seiten der Materialbahn in Richtung zum Walzen­ zapfen hin nur relativ wenig Wärme (über die Luft und in Form von Strahlung) abgeführt wird. Die Randbereiche des Walzenkörpers sind somit gegenüber dem von der Materialbahn berührten Bereich des Walzenkörpers überhitzt. Dies wieder­ um hat zur Folge, daß der Durchmesser des Walzenkörpers in den Randbereichen zunimmt (Aufstülpen des Walzenrohrs). Die Konsequenz daraus kann sein, daß die Materialbahn im Rand­ bereich übertrocknet und die Gefahr eines Bahnrisses ent­ steht. Gleichermaßen besteht die Gefahr, daß über die Durchmesserzunahme die Linienkraftverteilung über die Breite der Materialbahn betrachtet inhomogen wird und so eine ungleiche Bahnkompression zu einer ungleichen Materialverdichtung im Randbereich führt. Summarisch betrachtet ergibt sich so das Problem, daß aufgrund von In­ homogenitäten des Temperaturverlaufs längs des Walzen­ körpers die zu produzierende Materialbahn Qualitätsmin­ derungen erfahren kann. Derartige Qualitätsprobleme können insbesondere sein: Ausdünnung im Randbereich, Randübertrock­ nung mit Abrißgefahr, Verdickung im Randbereich aufgrund übermäßiger Querschrumpfung. Darüberhinaus ist aufgrund der thermischen Inhomogenitäten gegebenenfalls auch ein erhöh­ ter Verschleiß der über die Walzenkörper geführten Siebe oder Glättbezüge zu beobachten.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen hohlen Walzenkörper der gattungsge­ mäßen Art vorzuschlagen, bei dem vorstehend definierten Problem in den Randbereichen, d. h. dem Aufstülpen des Walzenrohrs, besser als auf der Grundlage der bekannten Lösungsansätze entgegengewirkt wird.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht einerseits da­ rin, daß die Zylinderdeckel bezogen auf den Hohlraum des Walzenkörpers ein innenliegendes Kanalsystem für ein Wärme­ trägermedium und ein äußeres Kanalsystem für ein Kühlmedium aufweisen (Patentanspruch 1). Ein zweiter Lösungsansatz besteht unter Einbeziehung von beiden Randbereichen zugeordneten Verdrängungskörpern darin, daß die Zylinderdeckel, die Verdrängungskörper und der Walzenmantel ein mit den Zu- beziehungsweise Abführleitungen verbundenes, jeweils ein in sich geschlossenes Kanalsystem für ein Wärmeträgermedium und ein Kühlmedium aufweisen, und daß das Kanalsystem für das Wärmeträgermedium im dem Walzenmantel benachbarten (inneren) Teil des Zylinderdeckels und das Kanalsystem für das Kühlmedium in dem Flanschzapfen benachbarten (äußeren) Teil des Zylinder­ deckels eingearbeitet sind (vergleiche Patentanspruch 4).

Mit anderen als in den vorgenannten Nebenansprüchen ge­ brauchten Worten besteht der Kern der vorliegenden Erfin­ dung darin, die eingangs erwähnten thermisch bedingten Probleme dadurch zu kompensieren beziehungsweise zu eliminieren, daß in den genannten Randbereichen, d. h. in den Zylinderdeckeln, über gleichzeitige Kühl- und Wärme­ beeinflussungen in unterschiedlichen benachbarten Bereichen ein Moment erzeugt wird, das dem für den Oxbow-Effekt verantwortlichen Moment entgegen gerichtet ist.

Aus der DE-OS 30 14 891 ist es zwar bekannt, axial benachbarte Bereiche eines hohlen Walzenkörpers mit unterschiedlichen Temperaturen zu beaufschlagen (vgl. insbesondere Fig. 4 in Verbindung mit Seite 23, Absatz 1); die spezielle, in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 4 angegebene Ausbildung erscheint durch den ermittelten Stand der Technik jedoch nicht als nahegelegt.

Besondere Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Walzenkörper zur prinzipiellen Darstellung der Wirkung der erfin­ dungsgemäßen Kanalsysteme;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Walzenkörper nach Fig. 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Kanalsystems;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Walzenkörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Kanalsystems.

Der Walzenkörper 1 gemäß den vorgenannten Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 besteht aus je einem an ein Walzenrohr (Walzen­ mantel) 2 angeflanschten Zylinderdeckel 3 mit je einem Flanschzapfen 4. Der eine (in der Zeichnung linke) Flansch­ zapfen 4 ist dabei der führerseitige Flanschzapfen des Walzenkörpers 1; der zweite (rechte) Flanschzapfen 4 ist der triebseitige Flanschzapfen des Walzenkörpers 1.

In den beidseitigen Randbereichen des Walzenkörpers 1 ist jeweils gepunktet dargestellt, wie sich der Walzenmantel 2 stirnseitig aufstülpen würde, wenn nicht Sorge dafür getra­ gen wird, daß diese Randbereiche relativ zum Mittelbereich des Walzenmantels 2 abgekühlt werden. Dieser Aufstülpung entspricht das in Fig. 1 mit M1 bezeichnete Moment.

Gemäß der vorliegenden, anhand von Fig. 2 und Fig. 3 über zwei Ausführungsbeispiele näher zu erläuternden Erfindung, wird nun über ein aufeinander abgestimmtes Kanalsystem für ein Wärmeträgermedium einerseits und ein Kühlmedium andererseits am Zylinderdeckel 3 ein dem (Aufstülp-) Moment M1 entgegen gerichtetes Moment M2 erzeugt, das die Wirkung des Moments M1 reduzieren beziehungsweise kompensieren soll. Dieses Gegenmoment M2 wird letztlich durch eine ganz gezielte Temperatursteuerung in den Zylinderdeckeln 3 realisiert.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Tempera­ tursteuerung, d. h. das Kanalsystem für diese Temperatur­ steuerung. Dieses Kanalsystem besteht - analog wie in Fig. 1 angedeutet - aus einem (bezogen auf den Innenraum des Walzenkörpers 1 beziehungsweise des Walzenmantels 2) innenliegenden Kanalsystem für ein Wärmeträgermedium und einem außenliegenden Kanalsystem für ein Kühlmedium. Im Zylinderdeckel 3 stellt sich so ein Temperaturgefälle von innen nach außen ein, über das letztlich Wärmespannungen erzeugt werden. An der Innenseite des Zylinderdeckels 3 liegen dann Druckspannungen vor; an der Außenseite liegen Zugspannungen vor. Daraus folgt letztlich, das beschriebene (und bereits in Fig. 1 aufgezeigte) Gegenmoment M2.

Konstruktiv betrachtet weisen die beidseitigen Zylinder­ deckel 3 je einen außenliegenden Ringkanal 21 auf. Der in der Zeichnung linke Ringkanal 21 wird dabei vom Flansch­ zapfen 4 her mit Kühlmedium beaufschlagt (vergleiche Bezugszeichen 20). Die Ringkanäle 21 sind je mit achsparallelen Bohrungen 22 im Walzenmantel 2 verbunden, über die das Heizmedium so vom einen (linken) Zylinderdeckel 3 zum anderen (rechten) Zylinderdeckel 3 hin fließen kann. Der zweite Flanschzapfen 4 weist seinerseits ein Ableitrohr 23 auf, über den das Kühlmedium abfließen kann. Neben den außenliegenden Ringkanälen 21 weisen die Zylinderdeckel 3 je einen innenliegenden Ringkanal 11 für das Wärmeträgermedium auf (vergleiche Bezugszeichen 10). Die beiden innenliegenden Ringkanäle 11 sind ebenfalls über achsparallele Bohrungen miteinander verbindbar; gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ring­ kanäle 11 jedoch über ein Axialrohr 12 miteinander verbun­ den. Das Wärmeträgermedium fließt dann seinerseits über ein Ableitrohr 13 ab.

Die Kanalsysteme für das Wärmeträger- beziehungsweise das Kühlmedium können insoweit auch anders konzipiert sein, als über geeignete Zu- und Ableitungen der Zu- und Abfluß je­ weils an ein und demselben Flanschzapfen 4 erfolgen kann; es ist auch denkbar, den Zu- und Abfluß für die Konditio­ niermedien jeweils an einem der Zylinderdeckel anzu­ schließen.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kanal­ systems für die Temperatursteuerung. Im Unterschied zum Walzenkörper 1 nach Fig. 1 und Fig. 2 ist hierbei in beiden stirnseitigen Bereichen des Walzenmantels 2 je ein Ver­ drängungskörper 5 eingefügt, der axial und radial fixiert ist. Axial betrachtet liegt zur Mitte des Walzenmantels 2 hin dem Verdrängungskörper 5 je ein Deckel 6 gegenüber, die den Ringspalt 34 zwischen dem Verdrängungskörper 5 und der Innenwandung des Walzenmantels 2 begrenzen.

Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung (und insoweit auch in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2) wird das zur Kompensation des Aufstülpens des Walzenrohrs erzeugte Gegenmoment M2 hierbei gleichermaßen durch eine Kombination der Walzeninnenkühlung im Randbereich und einer Wärmebeeinflussung des Zylinderdeckels 3 mit dem Flansch­ zapfen 4 erzeugt. Im linken führerseitigen Zylinderdeckel 3 sind diesbezüglich die Zu- und Ablaufkanäle des Kanal­ systems für das Kühlmedium im äußeren (d. h. dem Flansch­ zapfen 4 benachbarten) Teil des Zylinderdeckels 3 einge­ arbeitet, während die Zu- und Ablaufkanäle des Kanalsystems für das Wärmeträgermedium im inneren (d. h. der Stirnseite des Walzenmantels 2 benachbarten) Teil des Zylinderdeckels 3 eingearbeitet sind.

Gemäß dem Beispiel nach Fig. 3 besteht das führerseitige Kanalsystem für das Kühlmedium aus einem Zulaufkanal 31, der in einem im äußeren Teil des führerseitigen Zylinder­ deckels 3 eingearbeiteten Ringkanal 32 mündet. Zu diesem Ringkanal 32 sind Bohrungen 33 geführt, die in der Ver­ längerung des Ringspalts 34 zwischen den Verdrängungs­ körpern 5 und dem Walzenmantel 2 liegen. An den Hohlraum 35 zwischen dem Verdrängungskörper 5 und dem Deckel 6 schließt ein Ablaufkanal 36 an, über den das Kühlmedium wieder zum zweiten (triebseitigen) Flanschzapfen 4 hin zurück- bezie­ hungsweise abfließen kann.

Das führerseitige Kanalsystem für das Wärmeträgermedium besteht aus einem durch den führerseitigen Flanschzapfen 4 geführten - mit einer Quelle für das Wärme­ trägermedium verbundenen - Zulaufkanal 41, der in einem im inneren Teil des Zylinderdeckels 3 eingearbeiteten Ring­ kanal 42 mündet. An diesen Ringkanal 42 schließen Bohrungen 43 an, die unmittelbar in achsparallele Bohrungen 44 im Walzenmantel 2 übergehen. Über die achsparallelen Bohrungen 44 wird das Wärmeträgermedium zum zweiten (triebseitigen) Flanschzapfen 4 geleitet.

Im - in der Zeichnung rechten - triebseitigen Flanschzapfen 4 ist komplementär beziehungsweise spiegelbildlich zu den vorbeschriebenen Kanalsystemen je ein zweites Kanalsystem für das Kühlmedium und das Wärmeträgermedium eingearbeitet.

Im Flanschzapfen 4 ist der - mit einer Kühlmittelquelle verbundene - Zulaufkanal 31 für das Kühlmedium einge­ arbeitet, der im äußeren Teil des Zylinderdeckels einer­ seits in einen Ringkanal 37 mündet und andererseits direkt durch den Verdrängungskörper 5 zum führerseitigen Zylinder­ deckel 3 geführt ist. Über den Ringkanal 37 und daran an­ schließende Bohrungen 38 fließt das Kühlmedium unmittelbar in den Ringspalt 34 zwischen dem Verdrängungskörper 5 und dem Walzenmantel 2 und gelangt zum Hohlraum 39 zwischen dem Verdrängungskörper 5 und dem zugehörigen Deckel 6. Über den Hohlraum 39 gelangt das Kühlmedium in den Ablaufkanal 36, der vom führerseitigen Flanschzapfen 4 her kommt und durch den triebseitigen Flanschzapfen geführt ist. Für das Kühl­ medium ist so ein in sich geschlossenes Kanalsystem reali­ siert, bei dem Zu- und Ablauf im triebseitigen Flansch­ zapfen 4 eingearbeitet sind.

Die achsparallelen Bohrungen 44 im Walzenmantel 2 gehen am triebseitigen Flanschzapfen 4 in Bohrungen 45 über, die mit einem im inneren Teil des Zylinderdeckels 3 eingearbeiteten Ringkanal 46 kommunizieren. Dieser Ringkanal 46 führt zu einem koaxialen Rücklaufkanal 47, über den das Wärmeträger­ medium durch ein koaxial zum Zulaufkanal 41 geführtes Rück­ laufrohr 48 abfließen kann.

Damit die hohe Temperatur des Heizmediums die Lager- insbe­ sondere am führerseitigen Zapfen - nicht zu stark aufheizt, wird ein Teil des Kühlmediums durch axiale Bohrungen 50 unter der Oberfläche des Zapfens nach außen geführt, in einem entsprechend ausgebildeten Deckel umgelenkt und über axiale Bohrungen 51 im Zapfen durch den führerseitigen Ver­ drängerkörper 5 in einem Kanal 52 dem Rücklaufkanal 36 zu­ geführt.

Über die spezifische konstruktive Konstruktion des innen­ liegenden Kanalsystems für das Wärmeträgermedium und des außenliegenden Kanalsystems für das Kühlmedium wird so das oben definierte Gegenmoment M2 zur Kompensation des Auf­ stülpens des Walzenrohrs erzeugt.

Claims (8)

1. Hohler Walzenkörper, insbesondere zur Verwendung als Glättwerks- oder Kalanderwalze beziehungsweise als Trockenzylinder in einer Papiermaschine oder der­ gleichen Anlage zur Herstellung endlosen Bahnmaterials,

• a) mit je einem Flanschzapfen an den Stirnseiten des Walzenkörpers, und
• b) mit Zu- oder Abführleitungen für ein Konditionier­ medium durch mindestens einen der Flanschzapfen, wobei
• c) die Flanschzapfen je einen auf die Stirnseite des Walzenkörpers aufgesetzten Zylinderdeckel auf­ weisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderdeckel bezogen auf den Hohlraum des Walzenkörpers ein innenliegendes Kanalsystem für ein Wärmeträgermedium und ein äußeres Kanalsystem für ein Kühlmedium aufweisen.

2. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanalsysteme beider Zylinderdeckel über Rohrverbindungen innerhalb des Walzenkörpers miteinan­ der verbunden sind.

3. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegenden Kanalsysteme beider Zylinder­ deckel über achsparallele Bohrungen im Walzenmantel miteinander verbunden sind.

4. Hohler Walzenkörper, insbesondere zur Verwendung als Glättwerks- oder Kalanderwalze beziehungsweise als Trockenzylinder in einer Papiermaschine oder dergleichen Anlage zur Her­ stellung endlosen Bahnmaterials,

• a) mit je einem Flanschzapfen an den Stirnseiten des Walzenkörpers,
• b) mit Zu- oder Abführleitungen für ein Konditionier­ medium durch mindestens einen der Flanschzapfen, wobei
• c) die Flanschzapfen je einen auf die Stirnseiten des Walzenkörpers aufgesetzten Zylinderdeckel auf­ weisen, und
• d) mit je einem im stirnseitigen Bereich angeordneten, axial und radial fixierten Verdrängungskörper, der in Verbindung mit den Zu- und/oder Abführleitungen einerseits und dem axialen Ringspalt zur Innenwan­ dung des Walzenkörpers hin andererseits ein Kanal­ system für ein Kühlmedium bildet,
  dadurch gekennzeichnet,
  daß die Zylinderdeckel, die Verdrängungskörper und der Walzenmantel ein mit den Zu- beziehungs­ weise Abführleitungen verbundenes, jeweils in sich ge­ schlossenes Kanalsystem für ein Wärmeträgermedium und ein Kühlmedium aufweisen, und
  daß das Kanalsystem für das Wärmeträgermedium in dem Walzenmantel benachbarten (inneren) Teil des Zylinder­ deckels und das Kanalsystem für das Kühlmedium in dem Flanschzapfen benachbarten (äußeren) Teil des Zylinder­ deckels eingearbeitet sind.

5. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalsysteme beider Stirnseitenbereiche mit­ einander kommunizieren.

6. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem des Wärmeträgermediums über achs­ parallele Bohrungen im Walzenmantel geschlossen ist.

7. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem des Kühlmediums über mindestens ein achsparalleles Zuleit- und Ableitrohr geschlossen ist.

8. Hohler Walzenkörper nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium über achsparallele Bohrungen im Zapfen unter der Zapfenoberfläche geleitet sind.