EP0959257A1 - Calenderroll - Google Patents
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- EP0959257A1 EP0959257A1 EP99109487A EP99109487A EP0959257A1 EP 0959257 A1 EP0959257 A1 EP 0959257A1 EP 99109487 A EP99109487 A EP 99109487A EP 99109487 A EP99109487 A EP 99109487A EP 0959257 A1 EP0959257 A1 EP 0959257A1
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- roller
- heat
- calender roll
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
- D21G1/02—Rolls; Their bearings
- D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
- D21G1/0286—Regulating the axial or circumferential temperature profile of the roll
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
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- D21G1/02—Rolls; Their bearings
- D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
- D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid
Definitions
- the invention relates to a calender roll with a Core, which has an elastic covering, the extends over a working width.
- Such a calender roll is usually used as a center roll used in a roll stack of a calender. It is also called a soft or elastic calender roll referred to because the surface is a surface of the Roller creates that to a certain extent compliant is.
- a calender roll usually works with a "hard” roller together to form a paper web or satinize another material web. The hard roller is usually heated so that the paper web in between the soft and the hard Roll formed nip or nip with increased Pressure and elevated temperature can.
- the elastic covering is used primarily for Smooth the surface of the paper web.
- the working width of such a calender roll corresponds essentially the width of the treated Material web. Outside of the working width, the Taper the base. This taper extends order of magnitude over an axial length in the area from about 20 to 100 mm. This is supposed to prevent that the one not covered by a paper web Pad comes into contact with the counter roller and is damaged becomes. For further consideration only the work area is used of the covering is referred to as the working width.
- rollers in the Operation may be damaged because of the tearing or breaks. This damage also occurs with such coverings on which is a temperature resistance or resistance that can withstand the temperatures during operation ought to.
- the invention has for its object the stress to reduce the topping.
- This task is the beginning of a calender roll mentioned type in that they have an internal heat balance system has that the temperature of the axial ends at least approximately in agreement with the temperature of the axial roller center.
- An elastic roller gets heat in several ways fed. On the one hand there is rolling friction the pads in the nip or nip. On the other hand heat is also generated by the counter roll Transfer paper web to the elastic roller. Finally there is still a supply of heat from the flexing work of the topping. It follows that the heat mainly in the area of the axial center of the roll, ie is supplied in the bale area, so that there is a sets higher temperature. This requires a different one radial expansion behavior of the roller over the length. It has a smaller one at the axial ends Diameter than towards the axial Center. Accordingly, the result is not uniform Pressure behavior of the roller over the length. There, where the roller then has the largest diameter the greatest stress. This strain in some cases the covering has stopped growing.
- auxiliary energy should both those for heating and those for Cooling can be understood, e.g. B. from outside the Heat transfer fluids fed to or discharged to the roller, electric current for heating, magnetic Fields or the like. Rather, it is only fed the heat generated during operation described above. Of the Heat compensation takes place internally.
- thermal insulation axially outside the working width is arranged. With this insulation the Reduced heat flow and thus temperature compensation causes.
- the coverings with this thermal insulation have a longer service life or no longer so often break or get damaged. This measure is in and of itself unreasonable because of the isolation prevents heat from escaping and with it the temperature of the surface increases. This has been so far regarded as the main cause of the destruction of the covering been. The heat can now be due to the insulation no longer escape so well over the end of the roller. It is believed that so far in the edge region of the rollers on the one hand, only a comparatively low heat input was done, for example by radiant heat the counter roller and due to the friction of the rolling bearing.
- the insulation covers both a section at least one on the circumference of the roller Part of the face of the roller. You prevent that Heat flow not only over the circumference, but also on the front. The exception is below Circumstances of the wave stub, with the help of which the roller is rotatably mounted. But the stub is the one Rolling friction exposed in the camp, so that the resulting here Heat losses are small anyway and even under certain circumstances, heat can still be supplied.
- the roller can be a Have cone heating.
- the insulation you can complicate the heat flow, but not completely prevent. Accordingly, it is still possible that there are temperature differences under unfavorable conditions of such a size that they look like as before to noticeable differences in diameter over the lead axial length of the roller. As stated above, possibly too high a mechanical load of the topping. If you now with help the pin heater heats the axial end of the roller, then it is possible to the axial end or the axial Ends and the axial center, i.e. the bale area of the Roller to keep at the same temperature. With appropriate Design and performance of the peg heating the insulation can also be used omitting.
- the cone heater emits heat an axially inner region of the roller used for heating.
- This configuration has two Advantages. First, there is no separate heat supply from outside necessary. Accordingly, connections are omitted with couplings through which a heat transfer medium from the outside can be fed into the interior of the roller. Above all, the training has the advantage that The roller end cannot get hotter than the axial center of the roller. It can reach the same temperature at most. At a higher temperature there would be no heat transfer from the axial center of the roller to the ends more is possible. This also results in a self-protection and self-regulation effect. In the roller, so to speak a heat transport system acting in the axial direction provided that the heat always goes to the "cooler" places transported and heated while it is the cooler places.
- the roller is designed as a tube roller and surrounds a closed cavity in which an evaporable Liquid is arranged.
- the vapor pressure the liquid is at the operating or working temperature the roller set, i.e. the liquid then evaporates when in with part of the roller Comes into contact with a higher temperature.
- the steam is distributed evenly in the cavity. He inevitably comes in with such positions Touch that is a lower temperature than the evaporating temperature having. There it condenses and heats this point, releasing its heat of condensation back on.
- the condensate under the action of centrifugal force again transported radially outwards and is distributed evenly on the boundary wall of the cavity where it is in hotter places again evaporates and thus continues the cycle.
- This Effect is known per se under the name "heat pipe”. He leads in the present roller above all in Connection with the isolation of the end areas to one very even temperature distribution. this has a correspondingly constant diameter of the core result.
- the cavity is preferably at its end face
- Each end closed with a roll neck, the on has a heat exchanger surface on its inside. So you don't just heat the axial ends of the core with the heat coming from the bale area of the roller but also the roll neck. So you care at the same time for a way to get some warmth out of the To remove the roller. This can be done via the roll neck and the stub waves on it get outside.
- the heat flow is not here very large. However, it may prevent one Cover overheating.
- the amount of heat exchanger surface is preferably larger than the area of the cross section of the cavity in a plane perpendicular to the axis of rotation. So you can provide the heat exchanger surface with cooling fins or grooves, so that the vaporizable disposed in the cavity Liquid finds a larger area for precipitation. This speeds up the heating of the roll neck and thus the end of the roll, for example at the start of operation is an advantage.
- the roller advantageously has a heat conductor arrangement on.
- This heat conductor arrangement can also be provided be when the temperature balance between the axial center and the axial ends of the roller over the evaporable liquid or otherwise.
- a moving medium is used to transport heat simply by heat conduction, i.e. by static Elements.
- the heat conductor arrangement is preferably through deposits made of a good heat conductive material.
- a good heat conductive material therefor you can use aluminum or copper, for example.
- the inlays can be designed as rods or sheets be that extend the length of the core. They can be incorporated into the core or, in the case of a hollow roller, the boundary wall of the Cover the cavity. With sufficient dimensioning you can use it to transport sufficient heat achieve so that the temperature above the axial Length of the roller and thus the diameter practical remains constant.
- the insulation pass into the topping. You can use the covering and the insulation then apply in one operation.
- the insulation preferably has outside the working width a greater strength than the greatest strength of the covering within the working width. So that carries one takes into account the fact that within the working range Heat is supplied, so here insulation due to the covering itself and not at all necessary is heat dissipation while outside the working width should be prevented to an increased extent.
- the thermal conductivity by at least a factor of 5 less than that of the topping. This creates effective insulation reached.
- the material of the topping guides the heat with 0.5 W / mK while the insulation only has a value of 0.03 W / mK.
- a calender roll 1 is designed as a tubular roll a core 2 which has a covering 3.
- the outside of the covering 3 forms a work area 4 both ends of the work area 4 wear one End zone 5 in which the covering 3 tapers conically.
- the working area 4 is the width of a material web adjusted in a nip or nip between the calender roll 1 and one not shown Back roller to be satined.
- the counter roll is usually designed as a hard, heated roller.
- the core 2 of one is axially outside the covering 3 thermal insulation 6 covered.
- the insulation 6 has 8 in the area of the end face a greater strength than on the grinding shoulder 7. Overall the insulation 6 has a greater thickness than that Thickness of covering 3 in the work area.
- the stub shaft 9 is part of a roll neck 11, which projects with a section 12 into the core 2 and with a section 13 on the end face of the core 2 attached and fastened there with screws 14.
- the roller is only partially in its upper half Section shown. In the lower half is the outside view shown, only the insulation 6 is shown in section.
- the core 2 and the roll neck 11 thus delimit one Cavity 15, in which a liquid 16 is arranged, that with a rotation of the roller due to the centrifugal force against the boundary wall of the cavity 15 is pressed.
- a pressure prevails in the cavity 15 so on the working temperature of the calender roll 1 and the liquid 16 is matched that the liquid 16 evaporated at this working temperature.
- the steam distributes itself evenly in the cavity 15 and strikes settles on parts of the calender roll 1, the one Have temperature below the evaporation temperature.
- This is mainly section 12 of the roll neck 11.
- To have an even larger heat transfer area cooling fins are available 17 provided which protrude into the cavity 15. This increases the heat exchanger area. she is larger than the cross sectional area of the cavity in a plane perpendicular to the axis of rotation 18.
- the insulation 6 initially prevents a greater heat flow in the calender roll 1 in the area leaves their axial ends.
- the other end of the roller is of course trained accordingly. You get there thereby that the temperature over the axial length of the Roller is evenly homogenized. Without insulation there are, for example, temperature differences of over 20 ° C between the area in which the covering 3 with its working width 4 is arranged, and the axial Ends of the calender roll. With the insulation you can this temperature difference more than halve.
- Fig. 2 shows a modified embodiment. Same Parts have the same reference numerals. It however, it should be expressly pointed out that you take all the measures that are necessary for the heating of the cones Heat transfer from the bale area of the roll to the roll neck 11 out, provides, can combine. On the other hand you don't have to put all of them together in Fig. 1 or in Fig. 2 Use the measures shown together. For example, in the configuration according to FIG. 1 also omit the cooling fins 17.
- the insulation is 6 remained essentially the same. It is in the area the sliding shoulder 7 is only slightly thinner. The thickness of the insulation 6 depends, of course according to the material used for the insulation.
- the core 2 distributes a circumferentially Has a plurality of axially parallel bores 20 which with pumps 21 (only one is shown schematically) in Connect.
- the pumps 21 have a drive gear 22 on that with a stationary toothed ring 23rd combs, which in turn is connected to the bearing 10 Lever 24 is mounted.
- the toothed ring 23 naturally engages the entire wave stub 9. It is for reasons but only in the top half of the overview Fig. 2 shown.
- the pump 21 now rolls a heat transfer fluid um which in the axial direction by the Bores 20 flows, as indicated by arrows 25, 26 is.
- the arrow 26 is dashed shown line, which is expressed should be that this line in the circumferential direction behind the bore 20 shown is arranged.
- the Heat transfer fluid can therefore be pump 21 always be sent back and forth. This also leads to an even heat distribution over the axial Length of the calender roll 1.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kalanderwalze mit einem Kern, der einen elastischen Belag aufweist, der sich über eine Arbeitsbreite erstreckt.The invention relates to a calender roll with a Core, which has an elastic covering, the extends over a working width.
Eine derartige Kalanderwalze wird in der Regel als Mittelwalze in einem Walzenstapel eines Kalanders eingesetzt. Sie wird auch als weiche oder elastische Kalanderwalze bezeichnet, weil der Belag eine Oberfläche der Walze schafft, die bis zu einem gewissen Grad nachgiebig ist. Eine derartige Kalanderwalze wirkt in der Regel mit einer "harten" Walze zusammen, um eine Papierbahn oder eine andere Materialbahn zu satinieren. Die harte Walze ist hierbei in der Regel beheizt, so daß die Papierbahn in dem zwischen der weichen und der harten Walze gebildeten Nip oder Walzenspalt mit erhöhtem Druck und mit erhöhter Temperatur beaufschlagt werden kann. Der elastische Belag dient hierbei vor allem zum Glätten der Oberfläche der Papierbahn. Such a calender roll is usually used as a center roll used in a roll stack of a calender. It is also called a soft or elastic calender roll referred to because the surface is a surface of the Roller creates that to a certain extent compliant is. Such a calender roll usually works with a "hard" roller together to form a paper web or satinize another material web. The hard roller is usually heated so that the paper web in between the soft and the hard Roll formed nip or nip with increased Pressure and elevated temperature can. The elastic covering is used primarily for Smooth the surface of the paper web.
Die Arbeitsbreite einer derartigen Kalanderwalze entspricht im wesentlichen der Breite der zu behandelnden Materialbahn. Außerhalb der Arbeitsbreite kann sich der Belag konisch verjüngen. Diese Verjüngung erstreckt sich größenordnungsmäßig über eine axiale Länge im Bereich von etwa 20 bis 100 mm. Damit soll verhindert werden, daß der nicht von einer Papierbahn abgedeckte Belag mit der Gegenwalze in Berührung kommt und beschädigt wird. Für die weitere Betrachtung wird nur der Arbeitsbereich des Belags als Arbeitsbreite bezeichnet.The working width of such a calender roll corresponds essentially the width of the treated Material web. Outside of the working width, the Taper the base. This taper extends order of magnitude over an axial length in the area from about 20 to 100 mm. This is supposed to prevent that the one not covered by a paper web Pad comes into contact with the counter roller and is damaged becomes. For further consideration only the work area is used of the covering is referred to as the working width.
Es hat sich nun herausgestellt, daß einige Walzen im Betrieb beschädigt werden, weil der Belag reißt oder bricht. Dieser Schaden tritt auch bei solchen Belägen auf, die eine Temperaturfestigkeit oder -beständigkeit haben, die die Temperaturen im Betrieb eigentlich aushalten müßte.It has now been found that some rollers in the Operation may be damaged because of the tearing or breaks. This damage also occurs with such coverings on which is a temperature resistance or resistance that can withstand the temperatures during operation ought to.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beanspruchung des Belags zu verringern.The invention has for its object the stress to reduce the topping.
Diese Aufgabe wird bei einer Kalanderwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sie ein internes Wärmeausgleichssystem aufweist, das die Temperatur der axialen Enden zumindest annähernd in Übereinstimmung mit der Temperatur der axialen Walzenmitte bringt.This task is the beginning of a calender roll mentioned type in that they have an internal heat balance system has that the temperature of the axial ends at least approximately in agreement with the temperature of the axial roller center.
Einer elastischen Walze wird Wärme auf verschiedene Arten zugeführt. Hierbei gibt es zum einen die Rollreibung der Beläge im Walzenspalt oder Nip. Andererseits wird auch Wärme durch die von der Gegenwalze beheizte Papierbahn an die elastische Walze übertragen. Schließlich ergibt sich noch eine Wärmezufuhr durch die Walkarbeit des Belages. Daraus ergibt sich, daß die Wärme hauptsächlich im Bereich der axialen Walzenmitte, also im Ballenbereich zugeführt wird, so daß sich hier eine höhere Temperatur einstellt. Dies bedingt ein unterschiedliches radiales Ausdehnungsverhalten der Walze über die Länge. Sie hat an den axialen Enden einen geringeren Durchmesser als in Richtung auf die axiale Mitte. Dementsprechend ergibt sich ein nicht gleichmäßiges Anpreßverhalten der Walze über die Länge. Dort, wo die Walze dann den größten Durchmesser hat, ergibt sich auch die größte Beanspruchung. Dieser Beanspruchung ist der Belag in manchen Fällen nicht mehr gewachsen. Er bricht dann. Wenn man nun ein internes Wärmeausgleichssystem vorsieht, dann ist dieses in der Lage, einen Temperaturausgleich zwischen dem Ballenbereich und den axialen Enden der Walze vorzunehmen und zwar ohne Zufuhr von Hilfsenergien. Unter Hilfsenergien sollen sowohl solche zum Beheizen als auch solche zum Kühlen verstanden werden, also z. B. von außerhalb der Walze zugeführte oder dorthin abgeführte Warmeträgerfluide, elektrischer Strom zum Beheizen, magnetische Felder oder dergleichen. Zugeführt wird vielmehr nur die im Betrieb anfallende, oben beschriebene Wärme. Der Wärmeausgleich erfolgt intern.An elastic roller gets heat in several ways fed. On the one hand there is rolling friction the pads in the nip or nip. On the other hand heat is also generated by the counter roll Transfer paper web to the elastic roller. Finally there is still a supply of heat from the flexing work of the topping. It follows that the heat mainly in the area of the axial center of the roll, ie is supplied in the bale area, so that there is a sets higher temperature. This requires a different one radial expansion behavior of the roller over the length. It has a smaller one at the axial ends Diameter than towards the axial Center. Accordingly, the result is not uniform Pressure behavior of the roller over the length. There, where the roller then has the largest diameter the greatest stress. This strain in some cases the covering has stopped growing. Then it breaks. If you have an internal heat balance system then this is able to temperature compensation between the bale area and to make the axial ends of the roller and without the supply of auxiliary energy. Under auxiliary energy should both those for heating and those for Cooling can be understood, e.g. B. from outside the Heat transfer fluids fed to or discharged to the roller, electric current for heating, magnetic Fields or the like. Rather, it is only fed the heat generated during operation described above. Of the Heat compensation takes place internally.
Zwar ist es aus DE 44 10 675 A1 bekannt, bei einer Heizwalze die Walzenzapfen getrennt zu beheizen, um schneller auf Betriebstemperatur zu kommen. Hierfür ist jedoch eine von außen zuzuführenden Hilfsenergie notwendig.It is known from DE 44 10 675 A1, in one Heating roller to heat the roll neck separately to reach operating temperature faster. For this is however, an auxiliary energy to be supplied from the outside is necessary.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß axial außerhalb der Arbeitsbreite eine thermische Isolierung angeordnet ist. Mit dieser Isolierung wird der Wärmeabfluß verringert und damit ein Temperaturausgleich bewirkt. Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, daß mit dieser thermischen Isolierung die Beläge eine längere Standzeit aufweisen bzw. nicht mehr so oft brechen oder beschädigt werden. Diese Maßnahme ist an und für sich widersinnig, weil man durch die Isolierung verhindert, daß Wärme abfließen kann und sich damit die Temperatur des Belags erhöht. Dies war bislang als Hauptursache für die Zerstörung des Belags angesehen worden. Die Wärme kann nun aufgrund der Isolierung nicht mehr so gut über den Endbereich der Walze entweichen. Man nimmt an, daß im Randbereich der Walzen bisher einerseits nur eine vergleichsweise geringe Wärmezufuhr erfolgte, beispielsweise durch Strahlungswärme der Gegenwalze und durch die Reibung der Wälzlagerung. Andererseits war bisher in den Randbereichen der Walze eine vermehrte Wärmeabfuhr möglich, weil hier die größte freie Oberfläche zur Verfügung stand. Dementsprechend stellte sich hier eine niedrigere Temperatur ein als im Ballenbereich, also in der axialen Walzenmitte. Wenn man nun durch die Isolierung dafür sorgt, daß die Wärme nicht mehr so einfach entweichen kann, dann ergibt sich über die axiale Länge der Walze ein wesentlich gleichförmigeres Temperaturprofil, so daß sich auch ein entsprechend gleichmäßiger Walzendurchmesser ergibt. Der Walzendurchmesser kann über die Arbeitsbreite innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten werden. Es ergibt sich zwar insgesamt eine höhere Temperatur der Walze, weil die Wärme nicht mehr so gut abfließen kann. Diese höhere Temperatur ist aber weniger schädlich als eine mechanische Überbeanspruchung des Belages.In a preferred embodiment it is provided that thermal insulation axially outside the working width is arranged. With this insulation the Reduced heat flow and thus temperature compensation causes. Amazingly, it turned out that the coverings with this thermal insulation have a longer service life or no longer so often break or get damaged. This measure is in and of itself absurd because of the isolation prevents heat from escaping and with it the temperature of the surface increases. This has been so far regarded as the main cause of the destruction of the covering been. The heat can now be due to the insulation no longer escape so well over the end of the roller. It is believed that so far in the edge region of the rollers on the one hand, only a comparatively low heat input was done, for example by radiant heat the counter roller and due to the friction of the rolling bearing. On the other hand, was previously in the edge areas of the roller increased heat dissipation possible because this is the largest free surface was available. Accordingly there was a lower temperature here than in the bale area, i.e. in the axial center of the roller. If you now ensure through the insulation that the Heat can no longer escape so easily, then results a significant change over the axial length of the roller more uniform temperature profile, so that also a correspondingly uniform roller diameter results. The roller diameter can be over the working width kept constant within specified limits become. Overall, the temperature is higher the roller, because the heat no longer flows away as well can. However, this higher temperature is less harmful as a mechanical overuse of the Topping.
Vorzugsweise deckt die Isolierung sowohl einen Abschnitt am Umfang der Walze als auch zumindest einen Teil der Stirnseite der Walze ab. Man verhindert den Wärmeabfluß also nicht nur über den Umfang, sondern auch über die Stirnseite. Ausgenommen ist hier unter Umständen der Wellenstummel, mit dessen Hilfe die Walze drehbar gelagert ist. Der Wellenstummel ist aber der Rollreibung im Lager ausgesetzt, so daß die hier entstehenden Wärmeverluste ohnehin klein sind und sogar unter Umständen noch Wärme zugeführt werden kann.Preferably the insulation covers both a section at least one on the circumference of the roller Part of the face of the roller. You prevent that Heat flow not only over the circumference, but also on the front. The exception is below Circumstances of the wave stub, with the help of which the roller is rotatably mounted. But the stub is the one Rolling friction exposed in the camp, so that the resulting here Heat losses are small anyway and even under certain circumstances, heat can still be supplied.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Walze eine Zapfenheizung aufweisen. Mit der Isolierung kann man den Wärmeabfluß zwar erschweren, aber nicht vollständig verhindern. Dementsprechend ist es nach wie vor möglich, daß sich unter ungünstigen Bedingungen Temperaturunterschiede von solcher Größe ergeben, daß sie nach wie vor zu merklichen Durchmesserunterschieden über die axiale Länge der Walze führen. Dies hat, wie oben ausgeführt, möglicherweise eine zu hohe mechanische Beanspruchung des Belages zur Folge. Wenn man nun mit Hilfe der Zapfenheizung das axiale Ende der Walze beheizt, dann ist es möglich, das axiale Ende bzw. die axialen Enden und die axiale Mitte, also den Ballenbereich der Walze, auf der gleichen Temperatur zu halten. Bei entsprechender Auslegung und Leistungsfähigkeit der Zapfenheizung kann man unter Umständen die Isolierung auch weglassen. Mit Hilfe der Zapfenheizung werden die achsialen Enden der Walze auf die Temperatur des Ballenbereichs gebracht. Bei gleicher Temperatur über die axiale Länge ergibt sich aber auch eine gleichmäßige Ausdehnung, so daß die Walze im Betrieb unter Wärmezufuhr über die gesamte axiale Länge die gewünschte konstante oder annähernd konstante Durchmesserverteilung aufweist. Alternatively or in addition, the roller can be a Have cone heating. With the insulation you can complicate the heat flow, but not completely prevent. Accordingly, it is still possible that there are temperature differences under unfavorable conditions of such a size that they look like as before to noticeable differences in diameter over the lead axial length of the roller. As stated above, possibly too high a mechanical load of the topping. If you now with help the pin heater heats the axial end of the roller, then it is possible to the axial end or the axial Ends and the axial center, i.e. the bale area of the Roller to keep at the same temperature. With appropriate Design and performance of the peg heating the insulation can also be used omitting. With the help of the peg heater, the axial Ends the roller to the temperature of the bale area brought. At the same temperature over the axial Length also results in an even expansion, so that the roller in operation with the supply of heat the desired constant over the entire axial length or has approximately constant diameter distribution.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Zapfenheizung Wärme aus einem axial weiter innen liegenden Bereich der Walze zur Beheizung verwendet. Diese Ausgestaltung hat zwei Vorteile. Zum einen ist keine getrennte Wärmezufuhr von außen notwendig. Dementsprechend entfallen Verbindungen mit Kupplungen, über die ein Wärmeträgermedium von außen in das Innere der Walze eingespeist werden kann. Vor allem hat die Ausbildung aber den Vorteil, daß das Walzenende nicht heißer werden kann als die axiale Walzenmitte. Sie kann maximal die gleiche Temperatur erreichen. Bei einer höheren Temperatur wäre keine Wärmeübertragung aus der axialen Mitte der Walze an die Enden mehr möglich. Damit ergibt sich auch ein Selbstschutz- und Selbstregeleffekt. In der Walze ist sozusagen ein in Axialrichtung wirkendes Wärmetransportsystem vorgesehen, das die Wärme immer zu den "kühleren" Stellen transportiert und diese beheizt, während es die heißeren Stellen kühlt.It is preferred that the cone heater emits heat an axially inner region of the roller used for heating. This configuration has two Advantages. First, there is no separate heat supply from outside necessary. Accordingly, connections are omitted with couplings through which a heat transfer medium from the outside can be fed into the interior of the roller. Above all, the training has the advantage that The roller end cannot get hotter than the axial center of the roller. It can reach the same temperature at most. At a higher temperature there would be no heat transfer from the axial center of the roller to the ends more is possible. This also results in a self-protection and self-regulation effect. In the roller, so to speak a heat transport system acting in the axial direction provided that the heat always goes to the "cooler" places transported and heated while it is the cooler places.
Für die Ausbildung der Zapfenheizung gibt es mehrere Möglichkeiten.There are several for the formation of the cone heater Possibilities.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Walze als Rohrwalze ausgebildet ist und einen geschlossenen Hohlraum umgibt, in dem eine verdampfbare Flüssigkeit angeordnet ist. Der Dampfdruck der Flüssigkeit ist auf die Betriebs- oder Arbeitstemperatur der Walze eingestellt, d.h. die Flüssigkeit verdampft dann, wenn sie mit einem Teil der Walze in Berührung kommt, das eine höhere Temperatur aufweist. Der Dampf verteilt sich in dem Hohlraum gleichmäßig. Er kommt damit zwangsläufig auch mit solchen Stellen in Berührung, die eine geringere Temperatur als die Verdampfungstemperatur aufweist. Dort kondensiert er und heizt diese Stelle unter Abgabe seiner Kondensationswärme wieder auf. Im Betrieb, wenn sich die Walze dreht, wird das Kondensat unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wieder radial nach außen transportiert und verteilt sich dementsprechend gleichmäßig an der Begrenzungswand des Hohlraumes, wo es an heißeren Stellen wiederum verdampft und so den Kreislauf fortsetzt. Dieser Effekt ist unter dem Namen "heat pipe" an sich bekannt. Er führt bei der vorliegenden Walze vor allen in Zusammenhang mit der Isolierung der Endbereiche zu einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung. Dies hat einen entsprechend konstanten Durchmesser des Kernes zur Folge.In a particularly preferred embodiment, that the roller is designed as a tube roller and surrounds a closed cavity in which an evaporable Liquid is arranged. The vapor pressure the liquid is at the operating or working temperature the roller set, i.e. the liquid then evaporates when in with part of the roller Comes into contact with a higher temperature. The steam is distributed evenly in the cavity. He inevitably comes in with such positions Touch that is a lower temperature than the evaporating temperature having. There it condenses and heats this point, releasing its heat of condensation back on. In operation when the roller turns, the condensate under the action of centrifugal force again transported radially outwards and is distributed evenly on the boundary wall of the cavity where it is in hotter places again evaporates and thus continues the cycle. This Effect is known per se under the name "heat pipe". He leads in the present roller above all in Connection with the isolation of the end areas to one very even temperature distribution. this has a correspondingly constant diameter of the core result.
Vorzugsweise ist der Hohlraum an seinem stirnseitigen Ende mit je einem Walzenzapfen verschlossen, der an seiner Innenseite eine Wärmetauscherfläche aufweist. Man beheizt also nicht nur die axialen Enden des Kerns mit der Wärme, die aus dem Ballenbereich der Walze stammt, sondern auch die Walzenzapfen. Damit sorgt man gleichzeitig für eine Möglichkeit, etwas Wärme aus der Walze abzuführen. Diese kann nämlich über die Walzenzapfen und die daran befindlichen Wellenstummel nach außen gelangen. Der Wärmeabfluß ist hier zwar nicht sehr groß. Er verhindert aber unter Umständen eine Überhitzung der Beläge.The cavity is preferably at its end face Each end closed with a roll neck, the on has a heat exchanger surface on its inside. So you don't just heat the axial ends of the core with the heat coming from the bale area of the roller but also the roll neck. So you care at the same time for a way to get some warmth out of the To remove the roller. This can be done via the roll neck and the stub waves on it get outside. The heat flow is not here very large. However, it may prevent one Cover overheating.
Vorzugsweise ist die Wärmetauscherfläche betragsmäßig größer als die Fläche des Querschnitts des Hohlraums in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Man kann also die Wärmetauscherfläche mit Kühlrippen oder Nuten versehen, so daß die im Hohlraum angeordnete verdampfbare Flüssigkeit eine größere Fläche zum Niederschlag findet. Dies beschleunigt das Aufheizen des Walzenzapfens und damit des Walzenendes, was beispielsweise bei Betriebsbeginn von Vorteil ist. The amount of heat exchanger surface is preferably larger than the area of the cross section of the cavity in a plane perpendicular to the axis of rotation. So you can provide the heat exchanger surface with cooling fins or grooves, so that the vaporizable disposed in the cavity Liquid finds a larger area for precipitation. This speeds up the heating of the roll neck and thus the end of the roll, for example at the start of operation is an advantage.
Mit Vorteil weist die Walze eine Wärmeleiteranordnung auf. Diese Wärmeleiteranordnung kann auch dann vorgesehen sein, wenn der Temperaturausgleich zwischen der axialen Mitte und den axialen Enden der Walze über die verdampfbare Flüssigkeit oder auf andere Weise erfolgt. Anstelle oder zusätzlich zu dem Wärmetransport mit Hilfe eines bewegten Mediums erfolgt hier der Wärmetransport einfach durch Wärmeleitung, also durch statische Elemente.The roller advantageously has a heat conductor arrangement on. This heat conductor arrangement can also be provided be when the temperature balance between the axial center and the axial ends of the roller over the evaporable liquid or otherwise. Instead of or in addition to the heat transfer with the help A moving medium is used to transport heat simply by heat conduction, i.e. by static Elements.
Vorzugsweise ist die Wärmeleiteranordnung durch Einlagen aus gut wärmeleitfähigem Material gebildet. Hierfür kann man beispielsweise Aluminium oder Kupfer verwenden. Die Einlagen können als Stäbe oder Bleche ausgebildet sein, die sich über die Länge des Kernes erstrecken. Sie können in den Kern eingearbeitet sein oder, bei einer Hohlwalze, die Begrenzungswand des Hohlraumes abdecken. Bei einer ausreichenden Dimensionierung kann man damit einen ausreichenden Wärmetransport erzielen, so daß die Temperatur über die axiale Länge der Walze und damit auch der Durchmesser praktisch konstant bleibt.The heat conductor arrangement is preferably through deposits made of a good heat conductive material. Therefor you can use aluminum or copper, for example. The inlays can be designed as rods or sheets be that extend the length of the core. They can be incorporated into the core or, in the case of a hollow roller, the boundary wall of the Cover the cavity. With sufficient dimensioning you can use it to transport sufficient heat achieve so that the temperature above the axial Length of the roller and thus the diameter practical remains constant.
Eine weitere Möglichkeit des Temperaturausgleichs ist dann gegeben, wenn eine in der Walze ortsfest angeordnete und von außen antreibbare Pumpe eine Wärmeträgerflüssigkeit umwälzt. Man kann diese Wärmeträgerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch eine geeignete Kanalanordnung leiten, beispielsweise durch ein System von peripheren Bohrungen, also Kanälen unterhalb der Oberfläche des Kernes. Wenn man eine Pumpe ortsfest in der Walze anordnet, dann dreht sich diese Pumpe mit, so daß keine Zu- oder Abflußanschlüsse nach außen vorgesehen sein müssen. Es ist lediglich erforderlich, die Pumpe von außen anzutreiben. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß ein Antriebselement der Pumpe in Reibschluß oder in Zahneingrift mit einer ortsfesten Gegentläche steht, so daß die Pumpe automatisch in Betrieb genommen wird, wenn sich die Walze dreht. Je höher die Drehzahl der Walze ist, desto größer ist auch die Leistung der Pumpe. Dies ist aber dann ein gewünschter Effekt, weil in diesem Fall auch eine größere Wärmemenge von innen nach außen (axial gesehen) transportiert werden muß.Another possibility of temperature compensation is then given when a fixedly arranged in the roller and externally driven pump a heat transfer fluid circulates. You can use this heat transfer fluid, for example water, through a suitable channel arrangement lead, for example through a system of peripheral bores, i.e. channels below the Surface of the core. If you have a pump stationary arranges the roller, then this pump turns, too that no inflow or outflow connections are provided to the outside have to be. It is only required that To drive the pump from the outside. For example in that a drive element of the pump in Friction or tooth engagement with a fixed Counter surface stands, so that the pump operates automatically is taken when the roller rotates. The higher the speed of the roller is, the greater is too the performance of the pump. But this is a desired one Effect because in this case also a larger one Amount of heat transported from the inside to the outside (seen axially) must become.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Isolierung in den Belag übergehen. Man kann den Belag und die Isolierung dann in einem Arbeitsgang aufbringen.In a preferred embodiment, the insulation pass into the topping. You can use the covering and the insulation then apply in one operation.
Vorzugsweise weist die Isolierung außerhalb der Arbeitsbreite eine größere Stärke als die größte Stärke des Belags innerhalb der Arbeitsbreite auf. Damit trägt man dem Umstand Rechnung, daß innerhalb der Arbeitsbreite Wärme zugeführt wird, hier also eine Isolierung durch den Belag an und für sich gar nicht notwendig ist, während außerhalb der Arbeitsbreite eine Wärmeabfuhr in erhöhtem Maße verhindert werden soll.The insulation preferably has outside the working width a greater strength than the greatest strength of the covering within the working width. So that carries one takes into account the fact that within the working range Heat is supplied, so here insulation due to the covering itself and not at all necessary is heat dissipation while outside the working width should be prevented to an increased extent.
Auch ist von Vorteil, wenn daß die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung um mindestens den Faktor 5 kleiner als die des Belages ist. Damit wird eine wirkungsvolle Isolierung erreicht. Das Material des Belags leitet beispielsweise die Wärme mit 0,5 W/mK, während die Isolierung nur einen Wert von 0,03 W/mK aufweist.It is also an advantage if the thermal conductivity the insulation by at least a factor of 5 less than that of the topping. This creates effective insulation reached. The material of the topping, for example, guides the heat with 0.5 W / mK while the insulation only has a value of 0.03 W / mK.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- einen axialen Endabschnitt einer ersten Ausführungsform einer Kalanderwalze und
- Fig. 2
- den Endabschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kalanderwalze.
- Fig. 1
- an axial end portion of a first embodiment of a calender roll and
- Fig. 2
- the end portion of a second embodiment of a calender roll.
Eine Kalanderwalze 1 ist als Rohrwalze ausgebildet mit
einem Kern 2, der einen Belag 3 aufweist. Die Außenseite
des Belags 3 bildet einen Arbeitsbereich 4. An den
beiden Enden des Arbeitsbereichs 4 schleißt sich eine
Endzone 5 an, in der sich der Belag 3 konisch verjüngt.
Der Arbeitsbereich 4 ist an die Breite einer Materialbahn
angepaßt, die in einem Nip oder Walzenspalt zwischen
der Kalanderwalze 1 und einer nicht dargestellten
Gegenwalze satiniert werden soll. Die Gegenwalze ist
hierbei in der Regel als harte, beheizte Walze ausgebildet.A
Axial außerhalb des Belags 3 ist der Kern 2 von einer
thermischen Isolierung 6 abgedeckt. Dieser umgibt eine
Schleifschulter 7 der Walze, also den Umfang der Walze,
und erstreckt sich auch über die Stirnseite 8 der Walze.
Die Isolierung 6 hat im Bereich der Stirnseite 8
eine größere Stärke als an der Schleifschulter 7. Insgesamt
hat die Isolierung 6 eine größere Stärke als die
Dicke des Belags 3 im Arbeitsbereich.The
Ausgenommen von der Isolierung im Bereich der Stirnseite
8 ist ein Bereich, an dem ein Wellenstummel 9 aus
der Stirnseite 8 vorsteht. Mit Hilfe des Wellenstummels
9 ist die Kalanderwalze 1 in einem schematisch dargestellten
Lager 10 drehbar gelagert.Except for the insulation in the area of the
Der Wellenstummel 9 ist Teil eines Walzenzapfens 11,
der mit einem Abschnitt 12 in den Kern 2 hineinragt und
mit einen Abschnitt 13 an die Stirnseite des Kerns 2
angesetzt und dort mit Schrauben 14 befestigt ist. Die
Walze ist lediglich in ihrer oberen Hälfte teilweise im
Schnitt dargestellt. In der unteren Hälfte ist die Außenansicht
dargestellt, wobei lediglich die Isolierung
6 geschnitten dargestellt ist.The
Der Kern 2 und der Walzenzapfen 11 umgrenzen also einen
Hohlraum 15, in dem eine Flüssigkeit 16 angeordnet ist,
die bei einer Rotation der Walze aufgrund der Zentrifugalkraft
gegen die Begrenzungswand des Hohlraumes 15
gedrückt wird. Im Hohlraum 15 herrscht ein Druck, der
so auf die Arbeitstemperatur der Kalanderwalze 1 und
die Flüssigkeit 16 abgestimmt ist, daß die Flüssigkeit
16 bei dieser Arbeitstemperatur verdampft. Der Dampf
verteilt sich gleichmäßig im Hohlraum 15 und schlägt
sich an Teilen der Kalanderwalze 1 nieder, die eine
Temperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur aufweisen.
Dies ist hauptsächlich der Abschnitt 12 des Walzenzapfens
11. Um hier eine noch größere Wärmeübertragungsfläche
zur Verfügung zu stellen, sind Kühlrippen
17 vorgesehen, die in den Hohlraum 15 hineinragen.
Hierdurch wird die Wärmetauscherfläche vergrößert. Sie
ist größer als die Querschnittsfläche des Hohlraumes in
einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 18.The
Durch die Isolierung 6 wird zunächst verhindert, daß
ein größerer Wärmestrom die Kalanderwalze 1 im Bereich
ihrer axialen Enden verläßt. Das andere Ende der Walze
ist natürlich entsprechend ausgebildet. Man erreicht
hierdurch, daß die Temperatur über die axiale Länge der
Walze schon stark vergleichmäßigt wird. Ohne Isolierung
ergeben sich beispielsweise Temperturunterschiede von
über 20°C zwischen dem Bereich, in dem der Belag 3 mit
seiner Arbeitsbreite 4 angeordnet ist, und den axialen
Enden der Kalanderwalze. Mit der Isolierung läßt sich
dieser Temperaturunterschied mehr als halbieren.The
Eine noch gleichmäßigere Temperaturverteilung ergibt
sich aber dadurch, daß mit Hilfe der verdampfbaren
Flüssigkeit 16 die Wärme aus dem Ballenbereich der Walze,
also aus dem Bereich, in dem die Arbeitsbreite 4
angeordnet ist, an die axialen Enden der Kalanderwalze
1 transportiert werden kann. Hierdurch werden nämlich
die Walzenzapfen 11 beheizt. Unter Umständen kommt man
hier sogar ohne Isolierung 6 aus. Die Flüssigkeit verdampft
an den Stellen, an denen die Temperatur höher
als die Verdampfungstemperatur ist. Hierdurch entzieht
die Flüssigkeit diesen heißeren Stellen Wärme und kühlt
sie ab. Der Dampf, der sich im Hohlraum 15 gleichmäßig
verteilt, gelangt dann auch an die kühleren Teile, beispielsweise
die Kühlrippen 17 des Walzenzapfens 11 und
kondensiert unter Wärmeabgabe, so daß der Walzenzapfen
11 beheizt wird. Der Walzenzapfen 11 kann allerdings
nie heißer werden als die heißeste Stelle im Ballenbereich
der Walze.An even temperature distribution results
but by the fact that with the help of the
Mit dieser Maßnahme, d.h. mit der Zapfenheizung und
ggf. der Isolierung 6, kann man die Temperatur über die
axiale Länge der Walze so vergleichmäßigen, daß keine
nennenswerten Durchmesseränderungen aufgrund der Temperatur
mehr auftreten. Damit vergleichmäßigt sich auch
der auf den Belag 3 wirkende Anpreßdruck und die mechanische
Belastung sinkt unter tolerierbare Werte.With this measure, i.e. with the peg heater and
if necessary the
Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Gleiche
Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es
soll aber ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß
man alle Maßnahmen, die zur Zapfenheizung, also zum
Wärmetransport aus dem Ballenbereich der Walze zum Walzenzapfen
11 hin, vorsieht, kombinieren kann. Andererseits
muß man nicht alle in Fig. 1 oder in Fig. 2 zusammen
dargestellten Maßnahmen gemeinsam verwenden.
Beispielsweise kann man bei der Ausgestaltung nach Fig.
1 die Kühlrippen 17 auch weglassen.Fig. 2 shows a modified embodiment. Same
Parts have the same reference numerals. It
however, it should be expressly pointed out that
you take all the measures that are necessary for the heating of the cones
Heat transfer from the bale area of the roll to the
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist die Isolierung 6
im wesentlichen gleich geblieben. Sie ist im Bereich
der Schleitschulter 7 lediglich etwas dünner ausgeführt.
Die Stärke der Isolierung 6 richtet sich natürlich
nach dem für die Isolierung verwendeten Material.2, the insulation is 6
remained essentially the same. It is in the area
the sliding
Für die Zapfenheizung sind nun andere Maßnahmen getroffen
worden. Zum einen ist im Hohlraum 15 eine Anordnung
von Einlagen 18 aus Aluminium oder Kupfer oder einem
anderen gut wärmeleitenden Material vorgesehen, die
wärmeleitend mit dem Kern 2 und mit dem Walzenzapfen 11
verbunden sind. Auch untereinander können die Einlagen
19 miteinander verbunden sein. Durch die Einlagen 19
ist es möglich, daß Wärme aus dem Ballenbereich der
Walze zu den axialen Enden hin strömt.Other measures have now been taken for the peg heating
been. On the one hand, there is an arrangement in the
Eine weitere Zapfenheizungsmöglichkeit ist dadurch gegeben,
daß der Kern 2 in Umfangsrichtung verteilt eine
Vielzahl von achsparallelen Bohrungen 20 aufweist, die
mit Pumpen 21 (nur eine ist schematisch dargestellt) in
Verbindung stehen. Die Pumpen 21 weisen ein Antriebszahnrad
22 auf, das mit einem stationären Zahnring 23
kämmt, der wiederum in einem mit dem Lager 10 verbundenen
Hebel 24 gelagert ist. Der Zahnring 23 umgreift natürlich
den gesamten Wellenstummel 9. Er ist aus Gründen
der Übersicht aber nur in der oberen Hälfte der
Fig. 2 dargestellt. Die Pumpe 21 wälzt nun eine Wärmeträgerflüssigkeit
um, die in Axialrichtung durch die
Bohrungen 20 fließt, wie dies durch Pfeile 25, 26, angedeutet
ist. Der Pfeil 26 ist in einer strichliert
eingezeichneten Leitung dargestellt, womit ausgedrückt
werden soll, daß diese Leitung in Umfangsrichtung hinter
der dargestellten Bohrung 20 angeordnet ist. Die
Wärmeträgerflüssigkeit kann also mit Hilfe der Pumpe 21
immer hin und hergeschickt werden. Auch dies führt zu
einer gleichmäßigen Wärmeverteilung über die axiale
Länge der Kalanderwalze 1.Another cone heating option is given by
that the
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