EP0943435B1 - Kühlwalze - Google Patents

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Publication number
EP0943435B1
EP0943435B1 EP99102756A EP99102756A EP0943435B1 EP 0943435 B1 EP0943435 B1 EP 0943435B1 EP 99102756 A EP99102756 A EP 99102756A EP 99102756 A EP99102756 A EP 99102756A EP 0943435 B1 EP0943435 B1 EP 0943435B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chill roller
cooling
chill
coolant
central supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99102756A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0943435A1 (de
Inventor
Clemens Johannes Maria De Vroome
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberger Druckmaschinen AG filed Critical Heidelberger Druckmaschinen AG
Publication of EP0943435A1 publication Critical patent/EP0943435A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0943435B1 publication Critical patent/EP0943435B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/18—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning heated or cooled, e.g. from inside, the material being dried on the outside surface by conduction
    • F26B13/183—Arrangements for heating, cooling, condensate removal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F23/00—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing
    • B41F23/04—Devices for treating the surfaces of sheets, webs, or other articles in connection with printing by heat drying, by cooling, by applying powders
    • B41F23/0476—Cooling
    • B41F23/0479—Cooling using chill rolls

Definitions

  • the present invention relates to a cooling roll for the graphic Industry especially for cooling a printed material web in one Rotary printing press.
  • US 4920,881 discloses a method for cooling hot material webs.
  • the Disclosure relates to a method of cooling a hot web of material while this passes a rotating thermally conductive chill roll, which with is provided with a circulating cooling medium.
  • a cooling medium in liquid form is fed to the cooling roller, at a Temperature and a pressure that allows the cooling medium in liquid form to be present, the temperature being above the dew point. The boiling point The cooling medium is low enough to evaporate the liquid Coolant to allow heat absorption in the cooling roller.
  • the coolant vapor is then extracted from the cooling roll and condenses into the liquid phase, then returns to the chill roll to be fed. Cooling media that are typically used here floured hydrocarbons.
  • EP-0468219A1 discloses a chill roll stand with a plurality of Chill rolls. Using this solution from the prior art Boundary layers of surrounding air and oil vapors on both sides of the clinging to the passing web, dissipates as the web winds through the web Chill roll stand moved.
  • the cooling rollers are mounted in frames, which are adjusted to each other. By moving the respective frame the cooling rollers can assume positions in which parts of the moving material webs on opposite sides the cooling rollers partially wrap around, with the cooling rollers at a short distance are kept apart from each other around a zone that degrades the boundary layer form.
  • the boundary layers attached to these sections of the material web are kept in close contact with each other and are in the boundary layer reducing zone.
  • This Document discloses a cooling roll for cooling a web of material
  • a printed material web as used in the graphics industry is used, and in which a uniform temperature over the Cooling roll width is maintained.
  • the inner one Chill roll body is opposite on inner ends Storage points stored and the outer chill roll body is stored such that it can rotate around the inner chill roll body.
  • Cooling medium is through a bearing point introduced through one end of the chill roll assembly into one central tube in which the coolant is evenly in an annular Space flows between the outer and inner chill roll body and which is evenly between the inner and outer chill roll body extends.
  • the coolant flow taking place in this way leads to a improved heat transfer from the outer rotating cooling roll jacket to circulating cooling medium.
  • Heated coolant is in the central tube collected and leaves the central tube through one of the storage points.
  • Turbulence-inducing bars between the inner and outer Chill roll bodies cause turbulence in the coolant, causing the Heat transfer is significantly improved.
  • the present invention is based on the outlined prior art based on the task of increasing the cooling roller temperatures in a simple manner influence.
  • Another object of the present invention is to prevent the Appearance of oil condensate on the surfaces of the corresponding Chill rolls.
  • the solution outlined comes with a diverse number of advantages.
  • There the cooling medium can be supplied to all mixing chambers at the same time there is no zone within the cooling roller with a cooling medium supplied different temperatures.
  • the ratio of the coolant flows in a respective mixing chamber through the inlet openings to the coolant flow through the overflow openings remains over the entire width of the cooling roll according to the invention constant.
  • the surface of the invention Cooling roller is always in contact with a cooling medium, which over the entire Cooling roll width has the same temperature. This turns out to be independent from the flow of the cooling medium, a uniform one across the width of the cooling roll Temperature profile. Due to the water jet-like supply of the cooling medium in the single mixing chamber of the cooling roll is a within the mixing chamber Recirculation flow stimulated, leading to the emergence of a uniform Contributes to the temperature profile.
  • All mixing zones are connected to the central supply line for the cooling medium in connection, so that the mixing zones are simultaneously acted upon by cooling medium become.
  • the cross section of the inlet openings increases across the width of the cooling roll seen to ensure that the relationship between fresh Coolant inlet flow in a mixing zone to the resulting coolant flow in this mixing zone remains constant across the width of the chill roll.
  • the central supply line can be located on one of the end faces of the cooling roll Fasten.
  • the central supply line has a conical shape, which is has a tapering end on the outlet end of the cooling roller. Thereby arises between the inside surface of the cooling roll and the Outside of the tapered central supply line funnel-shaped flow area.
  • the funnel-shaped flow area which is extends over the width of the cooling roll, allows an even distribution of of the cooling medium and consequently an even temperature profile.
  • Another embodiment of the present invention relates to a Chill roll with a central supply line, the cross section of which Viewed width of the cooling roller remains constant.
  • the mixing zones are formed by partitions that are on the central Supply line are attached.
  • the partitions can be ring-shaped trained or executed as circular plates on the central supply line be attached. Since an overflow of the resulting coolant flow from one to one adjacent mixing zone takes place, the partitions include openings so that the resulting coolant flow can happen in each case.
  • the corresponding Cross-sectional areas of the overflow openings between the mixing zones take on the Width of the cooling roller seen too, since the resulting coolant flow of one Mixing zone in the adjacent mixing zone seen across the width of the cooling roller increases.
  • the fresh coolant flow into the mixing zones also increases proportionally to see the ratio of coolant flows across the width of the chill roll to keep constant.
  • the cooling rolls according to the invention can be used in cooling roll stands.
  • the number of Cooling rolls in a cooling roll stand vary between 5 and 9.
  • Chill roll stands are usually behind continuous dryers of rotary printing presses installed after the material web has passed a number of printing units.
  • Figure 1 is a schematic representation of a double-walled cooling roller played.
  • a double-walled cooling roll 1 is between the side walls of a cooling roll stand stored, which is not shown in detail here.
  • a Pipe system installed, which has an inlet pipe 4 and a drain pipe 5 for the Includes cooling medium.
  • the direction of flow of the cooling medium runs from the inlet to the Outlet side of the cooling roller 1.
  • a cavity 2 Between an inner body of the cooling roller 1 and the outer surface 3 of the cooling roll, there is a cavity 2, which flows past the Cooling medium along the inside of the surface 3 of the cooling roller 1 allows.
  • Figure 2 gives a simplified representation of a double-walled cooling roll again, which comprises a spiral turn for the cooling medium.
  • Figure 3 shows a longitudinal section through a chill roll according to the present Invention.
  • the cooling roller 8 comprises two end faces 9, 10, a first end face 9 and one second end face 10.
  • the first end face 9 there is an inlet 13 for cooling medium integrated, which supplies the cooling medium to the cooling roller 8.
  • the second end face 10 the cooling roller 8 comprises an outlet 14 through which the cooling medium from the Cooling roller 8 is passed out.
  • a valve 11 On the inlet side of the cooling medium Cooling roller 8 is a valve 11 through which the supply of Cooling medium to the cooling roller 8 set and different volume flows of Cooling medium to the inside of the cooling roller 8 can be realized.
  • the Cooling medium which is supplied through the inlet 13 flows in the direction 15 through the inside of the cooling roller 8.
  • This first mixing zone 16.1 is characterized by a the central supply line 12 provided inlet opening 16.3 with a Coolant supplied.
  • the partition 16, which the first mixing zone 16.1 separates, further comprises an overflow opening 16.2, which between the Inside of the surface 3 of the cooling roller 8 and the end of the partition 16 is formed. It allows the cooling medium to flow out of the first Mixing zone and an inflow of the cooling medium into the subsequent Adjacent mixing chamber 17.1.
  • the adjacent mixing zone 17.1 is between the aforementioned partition 16 and another partition, which is attached to the central supply line 12.
  • the further one Mixing zone 17.1 is through an inlet opening 17.3 from the central Supply line 12 supplied with cooling medium.
  • the partition which can be designed, for example, as a circular plate equally one overflow opening 17.2 for the cooling medium in the next neighboring mixing zone 18.1.
  • the flow conditions are in one Mixing zone explained in more detail.
  • the description given here applies equally to all mixing zones of the cooling roller 8 according to FIG. 3.
  • the cooling medium flow divides and flows along the Partitions 19 and 20 back to the bottom of the mixing zone 20.1. Mixes there the cooling medium with continuously entering cooling medium, and holds the temperature in the mixing zone is constant.
  • the Overflow opening 20.2 of the mixing zone 20.1 is dimensioned such that the Coolant flow of the previous mixing zones 16.1, 17.1, 18.1, 19.1 and 20.1 can pass through this opening and no backwater forms.
  • cooling medium from the central supply line 12 into the mixing zones 20.1.
  • This freshly entering cooling medium has a temperature, for example of 10 ° C and heats up in contact with the inside of the surface 3 of the Cooling roller 8, for example, to 13 ° C.
  • After flowing along the Partitions 19 and 20 of the mixing zone 20.1 will flow back Heat the cooling medium to, for example, approx. 16 ° C before it starts with the temperature-controlled cooling medium freshly entering through the inlet opening 20.3. In this way, heat is dissipated from the surface 3 of the cooling roll 8.
  • the volume flow of the cooling medium to be fed to the cooling roller 8 can be via a valve 11 can be controlled which in the feed line to the cooling roller 8 is provided.
  • a valve 11 can be controlled which in the feed line to the cooling roller 8 is provided.
  • the downstream have cooling roll 8 lying behind the first cooling roll in the cooling roll stand higher surface temperatures. These temperatures depend on processing web material, depending on whether calendered or finely coated paper can be processed in rotation.
  • FIG 4 shows a further embodiment according to the present invention, in which a conical central supply line including funnel-shaped flow areas are shown.
  • the cooling roller 8 comprises one conically tapering central supply line 15, which at the Face 9 of the cooling roller 8 is attached.
  • the inlet 13 is on the end face 9 connected, while on the opposite end 10 of the Cooling roller 8 the drain 14 is connected.
  • the tapered end of the central supply line 15 points in Direction of the discharge end of the cooling roller 8.
  • the design of the central supply line 15 is funnel-shaped Flow areas between the central supply line 15 and the Inside of the cooling roller 8.
  • each mixing zone 16.1 to 24.1 is included an inlet opening 16.3 to 24.3 for the cooling medium.
  • the ratio of the coolant flows is thereby across the width of the cooling roll kept constant that the respective fresh coolant flows 17.4 to 24.4 the mixing zones across the width of the cooling roller 8 seen proportional to the overflowing, respectively resulting coolant flows 16.2 to 23.2 in the funnel-shaped flow sections grows. This will make it even Temperature profile at the cooling roll 8 reached according to the present invention. Since there is no flow of coolant in the funnel-shaped flow areas Placing flow obstacles in the way can result in an even flow and a suitable heat transfer can be achieved.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlwalze für die graphische Industrie insbesondere zur Kühlung einer bedruckten Materialbahn in einer Rotationsdruckmaschine.
US 4920,881 offenbart ein Verfahren zur Kühlung heißer Materialbahnen. Die Offenbarung bezieht sich auf ein Kühlverfahren einer heißen Materialbahn während diese eine rotierende thermisch leitfähige Kühlwalze passiert, welche mit einem umlaufenden Kühlmedium versehen ist. In Übereinstimmung mit US 4, 920, 881 wird der Kühlwalze ein Kühlmedium in flüssiger Form zugeführt, bei einer Temperatur und einem Druck, der dem Kühlmedium erlaubt, in flüssiger Form vorzuliegen, wobei die Temperatur oberhalb des Taupunktes liegt. Der Siedepunkt des Kühlmediums liegt niedrig genug, um durch Verdampfung des flüssigen Kühlmittels eine Wärmeabsorbtion in der Kühlwalze zu ermöglichen. Anschließend wird der Kühlmitteldampf von der Kühlwalze entzogen und kondensiert in die flüssige Phase, um anschließend wieder der Kühlwalze zugeführt zu werden. Kühlmedien, die hier typischerweise verwendet werden, sind flourierte Kohlenwasserstoffe.
EP-0468219A1 offenbart einen Kühlwalzenstand mit einer Vielzahl von Kühlwalzen. Mittels dieser Lösung aus dem Stand der Technik werden Grenzschichten von umgebender Luft und Öldämpfe, die beiderseits der passierenden Bahn anhaften, dissipiert, während die Bahn sich durch den Kühlwalzenstand bewegt. Die Kühlwalzen sind in Rahmen gelagert, welche zueinander jeweils justierter sind. Durch Bewegung der jeweiligen Rahmen können die Kühlwalzen Positionen annehmen, in welche Teile der sich bewegenden Materialbahnen auf gegenüberliegenden Seiten die Kühlwalzen teilweise umschlingen, wobei die Kühlwalzen in einer geringen Entfernung voneinander gehalten werden um somit eine die Grenzschicht abbauende Zone bilden. Die diesen Abschnitten der Materialbahn anhängenden Grenzschichten werden in engem Kontakt zueinander gehalten und werden in der Grenzschicht diszipierenden Zone abgebaut.
Schließlich ist aus EP 0 346 046 A2 eine Kühlwalze bekannt geworden. Dieses Dokument offenbart eine Kühlwalze für die Kühlung einer Materialbahn beispielsweise einer bedruckten Materialbahn, wie sie in der graphischen Industrie verwendet wird, und in welcher ein gleichmäßige Temperatur über die Kühlwalzenbreite aufrechterhalten wird. An äußeren Lagern ist ein äußerer Kühlwalzenkörper und ein innerer Kühlwalzenkörper gelagert. Der innere Kühlwalzenkörper ist auf inneren Enden einander gegenüberliegender Lagerungspunkte gelagert und der äußere Kühlwalzenköper ist derart gelagert, daß er um den inneren Kühlwalzenkörper rotieren kann. Kühlmedium wird durch einen Lagerunspunkt durch ein Ende der Kühlwalzenanordnung eingeleitet, in ein zentrales Rohr, in welchem das Kühlmittel gleichmäßig in einem ringförmigen Raum zwischen den äußeren und dem inneren Kühlwalzenköper fließt und welcher sich gleichmäßig zwischen dem inneren und äußeren Kühlwalzenkörper erstreckt. Der auf diese Weise erfolgende Kühlmittelfluß führt zu einem verbesserten Wärmetransport vom äußeren rotierenden Kühlwalzenmantel zum umlaufenden Kühlmedium. Erhitztes Kühlmittel wird in der zentralen Röhre gesammelt und verläßt die zentrale Röhre durch einen der Lagerungspunkte. Turbulenzinduzierende Stangen zwischen dem inneren und äußeren Kühlwalzenkörper führen eine Turbulenz im Kühlmittel herbei, wodurch der Wärmeübergang erheblich verbessert wird.
Bis heute werden einfache doppelwandige Kühlwalzen und doppelwandige Kühlwalzen mit einem spiralförmigen Kanal verwendet. Der spiralförmige Kanal dient dazu, das Kühlmedium gleichmäßig zwischen dem äußeren und dem inneren Mantel der Kühlwalze zu führen. Trotz der Verwendung des spiralförmigen Kanals innerhalb der Kühlwalze bleibt das Problem eines inhomogenen Wärmetransportes auf einer Kühlwalzenoberfläche bestehen, welches ein seitliches Verlaufen der Materialbahn auf den Kühlwalzenoberflächen zur Folge hat, hervorgerufen durch kleine, auch kleinste, Änderungen im Kühlwalzendurchmesser welche verursacht werden durch besagte Temperaturdifferenzen. Weiterhin offeriert die vorgeschlagene Lösung einer doppelwandigen Kühlwalze nur wenige bis gar keine Möglichkeiten zur Temperaturanpassung.
Anstrengungen, um diese Nachteile der oben skizzierten doppelwandigen Kühlwalze auszuräumen, wurden bereits unternommen - beispielsweise durch Anschluß mehrerer Kühlmediumkreisläufe welche an einen Kühlwalzenstand integriert wurden, um Kühlmedien auf verschiedenem Temperaturniveau bereitzustellen. Zusätzlich wurden Kühlmittelüberbrückungen konstruiert, welche neben einer Dreiwegepumpe auch entsprechende Leitungssystem umfassen. Die damit einhergeheden Resultate allerdings rechtfertigen die damit verbundenen Kosten und das damit erzielbare Resultat dieser Anstrengungen nicht.
Ausgehend vom skizzierten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühlwalzentemperaturen auf einfache Weise zu beeinflussen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Verhindern des Auftretens von Ölkondensat auf den Oberflächen der entsprechenden Kühlwalzen.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die skizzierte Lösung geht einher mit einer vielfältigen Anzahl von Vorteilen. Da das Kühlmedium allen Mischkammern gleichzeitig zugeführt wird, kann sich innerhalb der Kühlwalze keine Zone mit einem zum zugeführten Kühlmedium unterschiedlicher Temperatur ausbilden. Das Verhältnis der Kühlmedienflüsse in eine jeweilige Mischkammer durch die Zulauföffnungen zum Kühlmediumfluß durch die Überströmöffnungen bleibt über die gesamte Breite der erfindungsgemäßen Kühlwalze konstant. Die Oberfläche der erfindungsgemäßen Kühlwalze ist allzeit in Kontakt mit einem Kühlmedium, welches über die gesamte Kühlwalzenbreite gleiche Temperatur aufweist. Dadurch stellt sich, unabhängig vom Fluß des Kühlmediums, ein über die Kühlwalzenbreite gleichmäßiges Temperaturprofil ein. Durch die wasserstrahlartige Zufuhr des Kühlmediums in die einzelnen Mischkammem der Kühlwalze wird innerhalb der Mischkammem eine Rezirkulationsströmung angeregt, die zur Entstehung eines gleichmäßigen Temperaturprofils beiträgt.
Alle Mischzonen stehen mit der zentralen Versorgungsleitung für das Kühlmedium in Verbindung, so daß die Mischzonen gleichzeitig mit Kühlmedium beaufschlagt werden. Der Querschnitt der Zulauföffnungen nimmt über die Breite der Kühlwalze gesehen zu, um zu gewährleisten, daß das Verhältnis zwischen frischem Kühlmittelzulaufstrom in eine Mischzone zum resultierenden Kühlmittelstrom in diese Mischzone über die Breite der Kühlwalz konstant bleibt. In einfacher Weise läßt sich die zentrale Versorgungsleitung an einer der Stirnseiten der Kühlwalze befestigen.
In einer Ausführungsform des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens hat die zentrale Versorgungsleitung eine kegelförmige Form, wobei das sich verjüngende Ende auf das ablaufseitige Ende der Kühlwalze weist. Dadurch entsteht zwischen der innenseitigen Oberfläche der Kühlwalze und der Außenseite der kegelförmig zulaufenden zentralen Versorgungsleitung ein trichterförmiger Strömungsbereich. Der trichterförmige Strömungsbereich, der sich über die Breite der Kühlwalze erstreckt, erlaubt eine gleichmäßige Verteilung der des Kühlmediums und demzufolge ein gleichmäßiges Temperaturprofil.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kühlwalze mit einer zentralen Versorgungsleitung, deren Querschnitt über die Breite der Kühlwalze gesehen konstant bleibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Mischzonen durch Scheidewände gebildet, die an der zentralen Versorgungsleitung befestigt sind. Die Scheidewände können ringförmig ausgebildet oder als kreisförmige Platten ausgeführt an der zentralen Versorgungsleitung befestigt sein. Da ein Überströmen des resultierenden Kühlmittelstromes von einer in eine benachbarte Mischzone stattfindet, umfassen die Scheidewände Öffnungen, so daß der resultierende Kühlmittelstrom jeweils passieren kann. Die entsprechenden Querschnittsflächen der Überströmöffnungen zwischen den Mischzonen nehmen über die Breite der Kühlwalze gesehen zu, da auch der resultierende Kühlmittelstrom von einer Mischzone in die benachbarte Mischzone über die Breite der Kühlwalze gesehen hin zunimmt. Proportional dazu nimmt auch der frische Kühlmittelstrom in die Mischzonen zu, um das Verhältnis der Kühlmittelströme über die Breite der Kühlwalze gesehen konstant zu halten.
Die erfindungsgemäßen Kühlwalzen können in Kühlwalzenständen Verwendung finden. Abhängig von der Geschwindigkeit der bedruckten Materialbahn, kann die Anzahl von Kühlwalzen in einem Kühlwalzenstand zwischen 5 und 9 variieren. Derartige Kühlwalzenstände werden meist hinter Durchlauftrocknern von Rotationsdruckmaschinen installiert, nachdem die Materialbahn eine Anzahl von Druckwerken passiert hat.
Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.
Es zeigt:
Figur 1
eine schematische Darstellung einer doppelwandigen Kühlwalze,
Figur 2
eine vereinfachte schematische Darstellung einer doppelwandigen Kühlwalze mit integrierter spiralförmiger Windung für das Kühlmedium,
Figur 3
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlwalze,
Figur 4
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlwalze mit einer kegelförmigen zentralen Versorgungsleitung und einem trichterförmigen Strömungsbereich,
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer doppelwandigen Kühlwalze wiedergegeben.
Eine doppelwandige Kühlwalze 1 ist zwischen den Seitenwänden eines Kühlwalzenstandes gelagert, der hier im einzelnen nicht dargestellt ist. Beiderseits der Kühlwalze 1 ist ein Rohrsystem installiert, welches ein Zulaufrohr 4 sowie ein Ablaufrohr 5 für das Kühlmedium umfaßt. Die Fließrichtung des Kühlmediums verläuft von der Einlauf- zur Auslaufseite der Kühlwalze 1. Zwischen einem Innenkörper der Kühlwalze 1 und der äußeren Oberfläche 3 der Kühlwalze besteht ein Hohlraum 2, der ein Vorbeiströmen des Kühlmediums entlang der Innenseite der Oberfläche 3 der Kühlwalze 1 ermöglicht.
Figur 2 gibt eine vereinfachte Darstellung einer doppelwandigen Kühlwalze wieder, welche eine spiralförmige Windung für das Kühlmedium umfaßt.
In dieser aus dem Stande der Technik bekannten Ausführungsform wird mittels einer Drossel 6 der Zufluß des Kühlmediums im Zulaufrohr 4 zur Kühlwalze 1 eingestellt. Die Spiralwindung 7, die sich im Inneren der Kühlwalze erstreckt, läßt das Kühlmedium mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit fließen.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kühlwalze gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Kühlwalze 8 umfaßt zwei Stirnseiten 9, 10, eine erste Stirnseite 9 sowie eine zweite Stirnseite 10. In die erste Stirnseite 9 ist ein Zulauf 13 für Kühlmedium integriert, der das Kühlmedium der Kühlwalze 8 zuführt. Die zweite Stirnseite 10 der Kühlwalze 8 umfaßt einen Ablauf 14, durch welchen das Kühlmedium aus der Kühlwalze 8 hinausgeleitet wird. Auf der Zulaufseite des Kühlmediums zur Kühlwalze 8 ist ein Ventil 11 angeordnet, durch welches die Zufuhr von Kühlmedium zur Kühlwalze 8 eingestellt und verschiedene Volumenströme von Kühlmedium zum Inneren der Kühlwalze 8 realisiert werden können. Das Kühlmedium, welches durch den Zulauf 13 zugeführt wird, fließt in Richtung 15 durch das Innere der Kühlwalze 8.
An der bereits erwähnten ersten Stirnfläche 9 der Kühlwalze 8 ist eine zentrale Versorgungsleitung 11 befestigt, die sich in axiale Richtung über den größten Teil der Kühlwalze 8 erstreckt. Am Umfang der zentralen Versorgungsleitung 12 ist eine Vielzahl von Scheidewänden befestigt.
Zwischen der ersten Stirnseite 9 und der Scheidewand 16 ist somit eine erste Mischzone 16.1 gebildet, die sich ringförmig um die zentrale Versorgungsleitung 12 erstreckt. Diese erste Mischzone 16.1 wird durch eine in der zentralen Versorgungsleitung 12 vorgesehene Zulauföffnung 16.3 mit einem Kühlmedium versorgt. Die Scheidewand 16, welche die erste Mischzone 16.1 abtrennt, umfaßt weiterhin eine Überströmöffnung 16.2, welche zwischen der Innenseite der Oberfläche 3 der Kühlwalze 8 und dem Ende der Scheidewand 16 gebildet ist. Sie erlaubt ein Ausströmen des Kühlmediums aus der ersten Mischzone und ein Einströmen des Kühlmediums in die sich anschließende, benachbarte Mischkammer 17.1. Die benachbarte Mischzone 17.1 ist zwischen der eben erwähnten Scheidewand 16 und einer weiteren Scheidewand gebildet, welche an der zentralen Versorgungsleitung 12 befestigt ist. Die weitere Mischzone 17.1 wird durch eine Zulauföffnung 17.3 von der zentralen Versorgungsleitung 12 aus mit Kühlmedium versorgt. Die Scheidewand, welche beispielsweise als kreisförmige Platte ausgeführt sein kann, umfaßt gleichermaßen eine Überströmöffnung 17.2 für das Kühlmedium in die nächste benachbarte Mischzone 18.1.
Anhand der im Zentrum der Kühlwalze 8 gelegenen Mischzone 20.1, die zwischen den zentralen Scheidewänden liegt, seien die Strömungsverhältnisse in einer Mischzone näher erläutert. Die hier gegebene Darstellung trifft gleichermaßen für alle Mischzonen der Kühlwalze 8 gemäß Fig. 3 zu. Über die Zulauföffnung 20.3 in die Mischzone 20.1 eintretendes Kühlmedium gerät in Kontakt mit der Oberfläche 3 der Kühlwalze 8. Nach Kontakt mit der Innenseite der Oberfläche 3 der Kühlwalze 8, teilt sich der Kühlmediumsstrom und fließt entlang der Scheidewände 19 bzw. 20 zum Boden der Mischzone 20.1 zurück. Dort mischt sich das Kühlmedium mit kontinuierlich neu eintretendem Kühlmedium, und hält die Temperatur in der Mischzone konstant. Es wird noch hervorgehoben, daß die Überströmöffnung 20.2 der Mischzone 20.1 derart dimensioniert ist, daß der Kühlmediumsstrom der vorhergehenden Mischzonen 16.1, 17.1, 18.1, 19.1 und 20.1 diese Öffnung passieren kann und sich kein Rückstau bildet.
Neben dem aus den vorhergehenden Mischzonen durch die Überströmöffnung eintretenden Kühlmediumstrom tritt durch die Zulauföffnung 20.3 wasserstrahlartig Kühlmedium aus der zentralen Versorgungsleitung 12 in die Mischzonen 20.1 ein. Dieses frisch eintretende Kühlmedium hat beispielsweise eine Temperatur von 10°C und erwärmt sich bei Kontakt mit der Innenseite der Oberfläche 3 der Kühlwalze 8 beispielsweise auf 13°C. Nach dem Entlangströmen an den Scheidewänden 19 und 20 der Mischzone 20.1 wird sich das zurückströmende Kühlmedium auf beispielsweise ca. 16°C erwärmen, bevor es sich mit dem temperierten durch die Zulauföffnung 20.3 frisch eintretenden Kühlmedium mischt. Auf diese Weise wird Wärme von der Oberfläche 3 der Kühlwalze 8 abgeführt.
Neben der etwa im Zentrum der Kühlwalze 8 angeordneten Mischzone 20.1 sind in Richtung Ablaufseite des Kühlmediums weitere Mischzonen 21.1, 22.1, 23.1 und 24.1 nebeneinanderliegend angeordnet. Das Prinzip der Zufuhr des Kühlmediums durch die entsprechenden Zulauföffnungen 21.3, 22.3, 23.3 und 24.3 sowie das Überströmen des Kühlmediums durch die Überströmöffnung 21.2, 22.2, 23.2 und 24.2 in benachbarte Mischzonen erfolgt nach dem selben Prinzip, wie bereits im Zusammenhang mit den vorerwähnten Mischzonen 16.1, 17.1, 18.1, 19.1 sowie 20.1 beschrieben. Die entlang der zentralen Versorgungsleitung 12 angeordneten, die einzelnen Mischzonen mit Kühlmedium beaufschlagenden Zulauföffnungen 16.3, 17.3, 18.3, 19.3, 20.3, 21.3, 22.3, 23.3 und 24.3 weisen über die Breite der erfindungsgemäßen Kühlwalze 3 gesehen eine kontinuierlich zunehmende Querschnittsfläche auf. Dadurch steigt die Versorgung der Mischzonen 16.1, 17.1, 18.1, 19.1, 20.1, 21.1, 22.1, 23.1 und 24.1 entlang der Breite der Kühlwalz 8 mit Kühlmedium vom "kalten" Ende der Kühlwalze 8 an der ersten Stirnfläche 9 zum "warmen" Ende der Kühlwalze an der zweiten Stirnfläche 10 an. Demnach wird am warmen Ende der Kühlwalze 8 im Bereich der zweiten Stirnfläche 10 eine größere Zulaufmenge an Kühlmedium durch die zentrale Versorgungsleitung 12 in die Mischzonen eingespeist, als am kalten Ende der Külwalze 8 an der ersten Stirnfläche 9. Dies ist in Fig. 3 dadurch angedeutet, daß die aus der zentralen Versorgungsleitung 12 in die einzelnen Mischzonen eintretenden Zulaufmengen 16.4, 17.4, 18.4, 19.4, 20.4, 21.4, 22.4, 23.4 und 24.4 durch Pfeile unterschiedlicher Höhe dargestellt sind, die die unterschiedlich eintretenden Volumenströme darstellen. Die Verbindungslinie, welche die Pfeilspitzen der jeweiligen Zulaufmengen miteinander verbindet, verdeutlicht die Steigerung der Zulaufmenge in die einzelnen Mischkammern zum warmen Ende der Kühlwalze 8 hin.
Der Volumenstrom des zuzuführenden Kühlmediums zur Kühlwalze 8 kann über ein Ventil 11 gesteuert werden, welches in der Zulaufleitung zur Kühlwalze 8 vorgesehen ist. Um Ölkondensat auf den Oberflächen der Kühlwalze 8 eines Kühlwalzenstandes, welcher einen Trockner einer Rotation nachgeordnet ist, zu vermeiden, ist an der Oberfläche der ersten Kühlwalze 3 eine bestimmte Mindesttemperatur erforderlich um dieses Phänomen zu vermeiden. Die stromab hinter der ersten Kühlwalze liegenden Kühlwalze 8 im Kühlwalzenstand haben jeweils höhere Oberflächentemperaturen. Diese Temperaturen hängen vom zu verarbeitenden Bahnmaterial ab, je nachdem ob kalandriertes oder feingestrichenes Papier in der Rotation verarbeitet werden.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher eine kegelförmig ausgestaltete zentrale Versorgungsleitung samt trichterförmiger Strömungsbereiche dargestellt sind. Die Kühlwalze 8 umfaßt eine konisch sich verjüngende zentrale Versorgungsleitung 15, welche an der Stirnseite 9 der Kühlwalze 8 befestigt ist. An der Stirnseite 9 ist der Zulauf 13 angeschlossen, während an der gegenüberliegenden Stirnseite 10 der Kühlwalze 8 der Ablauf 14 angeschlossen ist.
Das kegelförmig zulaufende Ende der zentralen Versorgungsleitung 15 weist in Richtung des ablaufseitigen Endes der Kühlwalze 8. Durch die kegelförmige Gestaltung der zentralen Versorgungsleitung 15 entstehen trichterförmige Strömungsbereiche zwischen der zentralen Versorgungsleitung 15 und der Innenseite der Kühlwalze 8.
Mittels gedachter - strichpunktiert dargestellter - Linien sind die trichterförmigen Strömungsbereiche in verschiedene Mischzonen 16.1 bis 24.1 über die gesamte Breite der Kühlwalze 8 gesehen unterteilt. Diese Unterteilung entspricht der Unterteilung wie bereits in Fig. 3 dargestellt. Jede Mischzone 16.1 bis 24.1 ist mit einer Zulauföffnung 16.3 bis 24.3 für das Kühlmedium versehen. Der Querschnitt der entsprechenden Zulauföffnungen 16.3 bis 24.3 für das Kühlmedium nimmt über die Länge der zentralen Versorgungsleitung 15 hin in der Kühlwalze 8 zu; ähnlich wie die Zulauföffnungen in der zentralen Versorgungsleitung 12 gemäß Fig. 3.
Um ein gleichmäßiges Temperaturprofil über die Breite der Kühlwalze 8 zu erreichen, ist das Verhältnis der Kühlmittelströme in die einzelnen Mischzonen 16.1 bis 24.1 konstant zu halten. In die Mischzone 16.1 strömt lediglich der frische Kühlmittelstrom 16.4 durch die Zulauföffnung 16.3 ein. In der benachbarten Mischzone 17.1 wird das Verhältnis zwischen resultierendem, überströmenden Kühlmittelstrom 16.2 von der Mischzone 16.1 und dem frischen Kühlmittelstrom 17.4 zur Mischzone 17.1 dadurch konstant gehalten, daß ein leicht erhöhter frischer Kühlmittelstrom 17.4 der Mischzone 17.1 zugemischt wird, da der resultierende, überströmende Kühlmittelstrom 16.2 wärmer ist als der dieser Mischzone 16.1 ursprünglich zugeführte frische Kühlmittelstrom 16.3. Angesichts der Kontinuitätsgleichung gilt dies für alle Mischzonen 17.1 bis 17.4, außer für Mischzone 16.1, da dort kein resultierender überströmender Kühlmittelstrom vorliegt, sondern nur ein frischer Kühlmittelstrom 16.4 in die Mischzone 16.1 gelangt.
Das Verhältnis der Kühlmittelströme wird über die Breite der Kühlwalze dadurch konstant gehalten, daß die jeweiligen frischen Kühlmittelströme 17.4 bis 24.4 zu den Mischzonen über die Breite der Kühlwalze 8 gesehen proportional zu den überströmenden, jeweils resultierenden Kühlmittelströmen 16.2 bis 23.2 in den trichterförmigen Strömungsabschnitten anwächst. Dadurch wird ein gleichmäßiges Temperaturprofil an der Kühlwalze 8 gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht. Da sich der Kühlmittelströmung in den trichterförmigen Strömungsbereichen keine Strömungshindernisse in den Weg stellen, kann eine gleichmäßige Strömung sowie eine geeignete Wärmeübertragung erzielt werden.
Da nunmehr ein gleichmäßiges Temperaturprofil über die Breite der Kühlwalze 8 gegeben ist, tritt auch das Phänomen der Ölkondensation auf der Oberfläche der Kühlwalzen 8 nicht mehr auf. Ferner kommt es wegen der gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Kühlwalze nunmehr nicht mehr zu einem seitlichen Verlaufen der Materialbahn auf dem Umfang derselben.
BEZUGSZEICHENLISTE
1.
Kühlwalze
2.
Hohlraum
3.
Oberfläche
4.
Zulaufrohr
5.
Ablaufrohr
6.
Drossel
7.
Spiralwindung
8.
Kühlwalze
9.
Erste Stirnfläche
10.
Zweite Stirnfläche
11.
Ventil
12.
Zentralrohr
13.
Zulauf
14.
Ablauf
15.
Versorgungsleitung
16.1
Mischzone
16.2
resultierender Kühlmittelstrom
16.3
Zulauföffnung
16.4
Kühlmittelzulaufstrom
17.1
Mischzone
17.2
resultierender Kühlmittelstrom
17.3
Zulauföffnung
17.4
Kühlmittelzulaufstrom
18.1
Mischzone
18.2
resultierender Kühlmittelstrom
18.3
Zulauföffnung
18.4
Kühlmittelzulaufstrom
19.1
Mischzone
19.2
resultierender Kühlmittelstrom
19.3
Zulauföffnung
19.4
Kühlmittelzulaufstrom
20.1
Mischzone
20.2
resultierender Kühlmittelstrom
20.3
Zulauföffnung
20.4
Kühlmittelzulaufstrom
21.1
Mischzone
21.2
resultierender Kühlmittelstrom
21.3
Zulauföffnung
21.4
Kühlmittelzulaufstrom
22.1
Mischzone
22.2
resultierender Kühlmittelstrom
22.3
Zulauföffnung
22.4
Kühlmittelzulaufstrom
23.1
Mischzone
23.2
resultierender Kühlmittelstrom
23.3
Zulauföffnung
23.4
Kühlmittelzulaufstrom
24.1
Mischzone
24.2
resultierender Kühlmittelstrom
24.3
Zulauföffnung
24.4
Kühlmittelzulaufstrom
25.
Prallplatte
26.
Prallplatte
27.
Hohlraum
28.
Verteilungsbereich
29.
Transportrohr
30.
Endbereich
31.
wärmeübertragender Fluß
32.
umlaufender Fluß
33.
Ablauföffnung
34.
Zulauföffnung

Claims (16)

  1. Kühlwalze mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite (9, 10), wobei in die erste Stirnseite ein Zulauf (13) für ein Kühlmedium und in die zweite Stirnseite ein Ablauf (14) für das Kühlmedium integriert ist, und mit einer zentralen Versorgungsleitung (12, 15), welche eine Vielzahl von Zulauföffnungen (16.3 bis 24.3) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Innere der Kühlwalze benachbarte, sich in axialer Richtung der Walze erstreckende Mischzonen (16.1 bis 24.1) aufweist, welche jeweils über eine Zulauföffnung (16.3 bis 24.3) der zentralen Versorgungsleitung (12, 15) und über eine vorhergehende Mischzone (16.1 bis 24.1) mit dem Kühlmedium versorgt werden, wobei das Kühlmedium von seinem zulauf in axialer Richtung zumindest über die axiale Erstreckung einer Mischzone entlang der Innenseite der Kühlwalzenoberfläche zu seinem Ablauf fließt.
  2. Kühlwalze gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Zulauföffnungen (16.3 bis 24.3) über die Breite der Kühlwalze (8) hin zunimmt.
  3. Kühlwalze gemäß Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Versorgungsleitung (12, 15) an der ersten Stirnfläche (9) der Kühlwalze (8) befestigt ist.
  4. Kühlwalze gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Versorgungsleitung (15) kegelförmig ausgestaltet ist.
  5. Kühlwalze gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein trichterförmiger Strömungsbereich zwischen der Oberfläche der Kühlwalze (8) und der kegelförmigen zentralen Versorgungsleitung (15) gebildet ist.
  6. Kühlwalze gemäß Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das sich verjüngende Kegelende der zentralen Versorgungsleitung (15) dem ablaufseitigen Ende (14) der Kühlwalze (8) zugewandt ist.
  7. Kühlwalze gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zentralen Versorgungsleitung (12) über die Breite der Kühlwalze (8) konstant bleibt.
  8. Kühlwalze gemäß Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf der zentralen Versorgungsleitung (12) die Mischzonen (16.1 bis 24.1) voneinander trennende Scheidewände befestigt sind.
  9. Kühlwalze gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände ringförmig ausgebildet sind.
  10. Kühlwalze gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände als kreisrunde Scheiben gestaltet sind.
  11. Kühlwalze gemäß Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände Überströmöffnungen für den jeweils resultierenden Kühlmittelstrom (16.2 bis 24.2) zwischen den Mischzonen (16.1 und 24.1) aufweisen.
  12. Kühlwalze gemäß Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Überströmöffnungen zwischen den Mischzonen (16.1 bis 24.1) über die Breite der Kühlwalze (8) hin zunehmen.
  13. Kühlwalze gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein frischer Kühlmittelstrom (16.4 bis 24.4) in jeder der Mischzonen (16.1 bis 24.1) proportional zu einem resultierenden Kühlnüttelstrom aus vorhergehenden Mischzonen (16.1 bis 23.1) zur jeweiligen Mischzone (17.1 bis 24.1) zunimmt.
  14. Kühlwalze gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kühlmittelströme von frischem Kühlmittel, zugeführt durch die Zulauföffnungen (16.3 bis 24.3) der zentralen Versorgungsleitung (12, 15), zu resultierendem Kühlmittelstrom von vorhergehenden Mischzonen (16.1 bis 24.1) über die Breite der Kühlwalze (8) konstant bleibt.
  15. Kühlwalzenstand mit einer Mehrzahl von Kühlwalzen,
    gekennzeichnet durch
    mindestens eine Kühlwalze (8) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche.
  16. Rotationsdruckmaschine,
    gekennzeichnet durch
    mindestens eine Kühlwalze (8) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 14 oder einen Kühlwalzenstand gemäß Anspruch 15.
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