DE4442571C1

DE4442571C1 - Beheizbare Walze

Info

Publication number: DE4442571C1
Application number: DE19944442571
Authority: DE
Inventors: Werner Borkenhagen; Klaus Kubik
Original assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2014-12-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beheizbare Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Zur Beheizung von Walzen, die als Hohlwalzen ausge bildet sind und dementsprechend einen inneren Hohlraum aufweisen, sind die sogenannten Elektrodampfheizungen bekannt. Der Hohlraum ist hierbei teilweise mit Wasser gefüllt, welches durch eine Beheizung zum Sieden und zum Verdampfen gebracht wird. Da die Wassermenge den Hohlraum nicht ganz ausfüllt, bleibt der obengelegene Teil des Innenumfangs der Hohlwalze von Wasser unbedeckt. Der Dampf schlägt sich an der jeweils kältesten Stelle des freien Teils des Innenumfangs nieder, was dort zu einer entspre chenden Wärmezufuhr durch die Kondensationswärme führt. Auf diese Weise wird der Innenumfang der Hohlwalze gleich mäßig mit relativ großer Wärmedurchsatzleistung beheizt. Beim Umlauf der Walze kommen alle Stellen des Innenumfangs mit dem kondensierenden Dampf in Berührung.

Die Beheizung des Wassers in dem Hohlraum erfolgt entweder direkt, indem das Wasser leitend gemacht wird und eine Elektrode in das Wasser taucht. Es fließt dabei im Wasser selbst ein Strom, der eine direkte Aufheizung des Wassers ergibt. Bei anderen Ausführungsformen sind in dem Wasser elektrisch oder anderweitig beheizte Heizstäbe angeordnet.

Problematisch werden derartige beheizte Walzen bei hohen Drehzahlen, bei denen sich am Innenumfang der Hohl walze ein Wasserring ausbildet. Die Dampfbeheizung geht dann in eine reine Warmwasserbeheizung über, wobei die Wärmeübertragung schlecht ist, da das Wasser ein schlech ter Wärmeleiter ist. Der sich niederschlagende Dampf je doch kommt nicht mehr an den Innenumfang der Walze heran und kann die erhebliche Kondensationswärme nicht mehr direkt an diesen Innenumfang abgeben, sondern nur an das Wasser selbst, durch das hindurch die Wärme weitergeleitet werden muß.

Eine gattungsgemäße Walze ist aus dem DE-GM 89 05 100 bekannt. Hierbei ist allerdings keine Dampf-Kondensations beheizung vorgesehen, sondern lediglich eine Beheizung durch ein flüssiges Wärmeträgermedium, welches seine Wärme durch Leitung an den Innenumfang der Hohlwalze überträgt. Die in dem Innenumfang ausgearbeiteten Längsnuten sind radial nach innen durch ein in dem Hohlraum angeordnetes Rohr geschlossen. Durch die so gebildeten Längskanäle der Walze wird ein Wärmeträgermedium hindurchgeleitet, welches die Kanäle der Länge nach durchsetzt. Die Ausbildung der Kanäle mit dem sie nach innen verschließenden Rohr soll eine Begrenzung des Strömungsquerschnittes und damit eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit längs der Kanäle ergeben, was zu einer vergrößerten Wärmeübertragung auf die Hohlwalze führen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lei stung einer derartigen Walzenbeheizung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiederge gebene Erfindung gelöst.

Wenn die erfindungsgemäße Walze mit großer Geschwin digkeit umläuft, verteilt sich das flüssige Wärmeträgerme dium in die Längsnuten. Wegen der Mengenbegrenzung des flüssigen Wärmeträgermediums bleiben dabei die, in Um fangsrichtung gesehen, zwischen den einzelnen Längsnuten gelegenen Bereiche des Innenumfangs von dem Wärmeträgerme dium, zum Beispiel dem Wasser, frei. Die in den Längsnuten vorgesehenen Heizstäbe bringen das Wärmeträgermedium in den Längsnuten zum Sieden, wobei der gebildete Dampf nach innen in den Hohlraum der Hohlwalze austreten und auf den freigebliebenen Bereichen des Innenumfangs kondensieren kann. In diesen Bereichen ist die Wärmeübertragung erheb lich. Wegen der Leitfähigkeit des Materials der Hohlwalze gleicht sich die Temperatur in Umfangsrichtung im wesent lichen aus. Ein gewisser Anteil der Wärmeübertragung er folgt auch in den Umfangsbereichen der Längsnuten durch das dann vorhandene siedende flüssige Wärmeträgermedium.

Dadurch daß der Hohlraum druckfest geschlossen ist, können erhöhte Temperaturen erzielt werden, indem bei entsprechend hohen Drücken gearbeitet wird. Durch die Freilassung der zwischen den Längsnuten verbleibenden Bereiche des Innenumfangs der Hohlwalze ist eine Aufhei zung durch Kondensation in diesen Bereichen sicherge stellt, so daß auch große Wärmemengen umgesetzt werden können.

Die in den Längsnuten angeordneten stabförmigen Hei zelemente können zum Beispiel von einem aufgeheizten hoch temperaturbeständigen flüssigen Wärmeträgermedium durch strömte rohrförmige Heizelemente sein. Die bevorzugte Ausführungsform sind jedoch elektrische Heizelemente, beispielsweise mit Widerstandsdraht, gemäß Anspruch 2.

Damit eine gleichmäßige Füllung der Längsnuten ge währleistet ist, empfiehlt sich, daß diese in Flüssig keitsverbindung miteinander stehen (Anspruch 3), bei spielsweise durch einen Ringkanal, der in Umfangsrichtung benachbarte Längsnuten miteinander verbindet (Anspruch 4).

Das verdampfende Wärmeträgermedium ist in der bevor zugten Ausführungsform Wasser, weil dabei die Kondensa tionswärme am höchsten ist. Die erzielbaren Temperaturen hängen dabei vom Dampfdruckdiagramm des Wassers ab. Bei einer Arbeitstemperatur von 280°C am Innenumfang der Hohlwalze ergibt sich ein Druck von 65 bar im Innern der Hohlwalze, bei einer Arbeitstemperatur von 309°C ein Arbeitsdruck von 100 bar. Bei diesen Drücken ist es zweck mäßig, eine Überdrucksicherung in Gestalt eines entspre chenden Ventils oder einer Berstscheibe vorzusehen (An spruch 5).

Um die Menge des unter dem hohen Druck stehenden Dampfes im Hohlraum der Hohlwalze zu reduzieren, kann in dem Hohlraum gemäß ein Anspruch 6 ein druckfester Verdrän gerkörper vorgesehen sein, der das Dampfvolumen auf eine zylindrische Zone nahe dem Innenumfang des Hohlraums redu ziert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergegeben.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer beheizbaren Walze, teilweise in einem durch die Achse gehenden Schnitt;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 mit III bezeichneten Aus schnitt aus Fig. 2 in erneut vergrößertem Maßstab.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete beheiz bare Walze umfaßt eine Hohlwalze 1 mit einem den arbeiten den Walzenumfang 2 bildenden zylindrischen Außenumfang und an den Enden angesetzten Walzenzapfen 3. Im Innern der Hohlwalze 1 ist ein zylindrischer Hohlraum 4 gebildet, der durch den Innenumfang 5 der Hohlwalze 1 begrenzt wird. Der Hohlraum 4 ist nach außen druckdicht abgeschlossen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind in dem Innenumfang 5 acht über den Umfang der Hohlwalze 1 gleich mäßig verteilte Längsnuten 6 angebracht, die sich über die Länge der Hohlwalze erstrecken und, in Umfangsrichtung gesehen, zwischen sich Bereiche 7 des Innenumfangs 5 be stehenlassen.

Die Längsnuten 6 können vorteilhaft den aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Querschnitt mit abgerundetem Nut grund 6′ und einander parallelen Nutflanken 6′′ aufweisen.

In den Längsnuten 6 sind elektrische stabförmige Heizelemente 8 mit Widerstandsheizdrähten 9 angeordnet, die in geeigneter Weise mit elektrischer Energie, die über einen Drehanschluß an einem der Walzenzapfen 3 herange führt wird, versorgt werden. Die Heizelemente 8 belassen ringsum Abstand von der Wandung der Nut 6. Ihre radial innere Begrenzung liegt radial außerhalb des über die Nut 6 fortgesetzt gedachten Innenumfangs 5. Die Bemessung der Nuten 6 richtet sich u. a. danach, daß Heizelemente 8 in der gezeigten Weise so unterbringbar sind, daß ringsrum Abstand verbleibt. In Betracht kommen Nuttiefen in radia ler Richtung einer Walze mit einem Innendurchmesser von 300 bis 800 mm von etwa 20 bis 50 mm und einer Breite in Umfangsrichtung im gleichen Bereich.

In dem Hohlraum 4 befindet sich eine in Fig. 2 unten angedeutete Menge von Wasser 12. Die gestrichelte Linie 11 soll den Wasserspiegel darstellen, wie er bei stillste hender oder langsam drehender Walze 10 vorhanden ist.

Erreicht die Walze 10 eine gewisse hohe Grenzdreh zahl, so verteilt sich die Wassermenge 11 über den Innen umfang 5 und tritt unter der Wirkung der Fliehkraft gleichmäßig in sämtliche Längsnuten 6 ein und wird beim Umlauf in der aus Fig. 3 erkennbaren Weise darin festge halten. Zur Erleichterung der gleichmäßigen Verteilung sind die Längsnuten 6 durch einen in Umfangsrichtung ver laufenden Ringkanal 13 miteinander flüssigkeitsverbunden. Die Menge des Wassers 12 ist so bemessen, daß die Heizele mente 8 zwar zumindest teilweise von dem Wasser 12 bedeckt sind, daß die Nuten 6 aber die Gesamtmenge des Wassers 12 aufnehmen können. Es soll also bei schneller Drehung der Walze 10 kein Wasser auf den Bereichen 7 zwischen den Nuten 6 stehen.

Wenn die Heizelemente 8 in den Längsnuten 6 nach Erreichung einer Mindestdrehzahl, die das Wasser 12 durch die Zentrifugalwirkung unter Verteilung der stehenden Wassermenge mit dem Spiegel 11 in die Nuten 6 treibt, in Betrieb gesetzt werden, wird die in der jeweiligen Längs nut 6 befindliche Menge an Wasser 12 über den Siedepunkt aufgeheizt und verdampft. Der Hohlraum 4 ist also auf diese Weise mit Sattdampf einer dem jeweiligen Druck ent sprechenden Temperatur gefüllt. Die durch die mittels der Walze 10 behandelte Warenbahn abgeführte Wärme führt zu einer Abkühlung der Bereiche 7 zwischen den Längsnuten 6. Dort kondensiert der Sattdampf in dem Hohlraum 4 sofort und überträgt dabei die erhebliche Kondensationswärme auf den Innenumfang 5 der Hohlwalze 1. Auf diese Weise wird die durch die Heizelemente 8 erzeugte Wärmemenge gleich mäßig auf den Innenumfang 5 der Hohlwalze 1 gebracht und kann radial nach außen zum arbeitenden Walzenumfang 2 abströmen.

Das siedende Wasser 12 in den Längsnuten 6 überträgt in dem den Längsnuten 6 entsprechenden Umfangsbereich ebenfalls Wärme durch Leitung von innen auf die Hohlwalze 1.

Die den Heizelementen 8 zugeführte elektrische Ener gie und damit die erzeugte Wärmemenge sind einfach steuer bar. Solange die Walze steht oder sich nur langsam dreht und die Wassermenge 11 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise sich am Boden der Hohlwalze 1 hält, wird die Heizung noch nicht eingeschaltet. Die Einschaltung erfolgt erst, wenn eine über den Umfang gleichmäßige Verteilung der Wärmemenge gewährleistet ist. Der Hohlraum 4 hat ein nicht unbeträchtliches Volumen und stellt, wenn er mit Dampf höheren Drucks und höherer Temperatur gefüllt ist, ein gewisses Sicherheitsrisiko dar. Um dies zu begrenzen, kann eine Überdrucksicherung in Gestalt einer Berstscheibe 14 (Fig. 2) vorgesehen sein.

Um das Volumen des Hohlraums 4 zu verringern, kann ferner in diesem Hohlraum ein druckfester zylindrischer Verdrängerkörper 15 vorgesehen sein, in dessen Innerem sich kein unter Druck stehender Dampf befindet. Es ver bleibt als dampfgefülltes Volumen nur der zylindrische Bereich zwischen dem Außenumfang des Verdrängerköpers 15 und dem Innenumfang 5 der Hohlwalze 1.

Claims

1. Beheizbare Walze (10) für bahnförmiges Material wie Papier, Vlies, Kunststoffolie und dergleichen,
mit einer umlaufenden, den arbeitenden Walzenumfang (2) bildenden Hohlwalze (1),
mit am Innenumfang (5) der Hohlwalze (1) ausgearbei teten, in Umfangsrichtung verteilten, sich über die Ar beitslänge der Hohlwalze (1) erstreckenden, gegen den Hohlraum (4) der Hohlwalze (1) offenen Längsnuten (6),
mit einem den Hohlraum (4) der Hohlwalze (1) nicht ausfüllenden, gegen den Innenumfang (5) der Hohlwalze (1) anstehenden, verdampfbaren flüssigen Wärmeträgermedium (12)
und mit einer Heizvorrichtung für das Wärmeträgerme dium (12),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlraum (4) der Hohlwalze (1) einen ge schlossenen Druckraum bildet,
daß die Menge (11) des Wärmeträgermediums (12) so bemessen ist, daß sie höchstens den Querschnitt der Längs nuten (6) füllt,
und daß die Heizvorrichtung stabförmige, parallel zu ihrer Längsrichtung in den Längsnuten (6) angeordnete Heizelemente (8) umfaßt, die ganz radial außerhalb des Innenumfangs (5) der Hohlwalze (1) gelegen sind.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) elektrische Heizelemente sind.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Längsnuten (6) untereinander in Flüssig keitsverbindung stehen.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkanal (13) vorgesehen ist, der in Umfangsrich tung benachbarte Längsnuten (6) miteinander verbindet.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Hohlraum (4) in Verbin dung stehende Überdrucksicherung (14) vorgesehen ist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum (4) mit allseitigem Abstand vom Innenumfang (5) der Hohlwalze (1) ein druckfe ster Verdrängerkörper (15) angeordnet ist.