EP1079022A2 - Beheizter Zylinder - Google Patents

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EP1079022A2
EP1079022A2 EP00106970A EP00106970A EP1079022A2 EP 1079022 A2 EP1079022 A2 EP 1079022A2 EP 00106970 A EP00106970 A EP 00106970A EP 00106970 A EP00106970 A EP 00106970A EP 1079022 A2 EP1079022 A2 EP 1079022A2
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EP
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cylinder
heated
heated cylinder
layer
jacket
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Robert Wolf
Markus Oechsle
Frank Wegehaupt
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Voith Patent GmbH
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Voith Paper Patent GmbH
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    • 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
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/021—Construction of the cylinders
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/022—Heating the cylinders

Definitions

  • the invention relates to a heated cylinder for drying a fibrous web, in particular a paper, cardboard or tissue web in manufacturing machines and / or finishing the same, consisting of a cylinder jacket the outer Sheath layer has good thermal conductivity.
  • drying cylinders are generally known and are predominantly from the inside heated with steam. On the basis of induction heating technology, you can additionally external heating elements may be provided. This results in temperature compensation between the inside and the outside of the cylinder jacket, which is the maximum Surface temperature of the drying cylinder limited.
  • the object of the invention is therefore the maximum in a heated cylinder To increase surface temperature of the cylinder jacket and heat flow starting from the heating via the cylinder jacket to the fibrous web improve.
  • the object was achieved in that the outer cladding layer for heating at least one heating system arranged outside the cylinder is assigned and within the cylinder jacket to the outer jacket layer Thermal insulation layer connects.
  • This insulation prevents the flow of heat into it Inside of the cylinder, so that on the one hand higher surface temperatures are possible and on the other hand a large amount of heat from the heating system to the Fiber web can be delivered.
  • the insulation is also unnecessary the use of an internal heating of the cylinder jacket.
  • metal existing outer sheath layer should be as thin as possible. This also increases the maximum temperature difference between the different heating zones.
  • the aim is that the thickness the outer cladding layer is less than 30 mm, preferably less than 5 mm.
  • the outer Cladding layer has a thickness of less than 5 mm, preferably less than 1 mm and in particular less than 0.2 mm.
  • the support structure can consist of metal, but the thermal effect an induction heater is to be observed.
  • the insulating layer and / or the support structure at least a substantial part, preferably the entire interior of the cylinder to complete.
  • the diameter of the cylinder determines the one to be heated Shell surface, which limits the maximum diameter, and has on the other hand however, also affects the contact time with the fibrous web, resulting in a Minimum results. Particularly good results were obtained with cylinders whose diameters is in the range from 500 to 3000 mm, preferably between 1200 and 1800 mm, reached.
  • the optimal zone width is determined by the effort for Heating system and determined by the heat flow between the heating zones. Good results are at zone widths in the range of 30 to 100 mm, preferably in the range realizable between 40 and 75 mm.
  • the heat flow between the heating zones can still be thereby reduce that the outer cladding layer in the area between the heating zones has a reduced thickness. This can easily be done using a narrow, preferably outside and not the quality of the fibrous web impairing circumferential groove.
  • the maximum surface temperature of the cylinder should be between 120 and 250 ° C, preferably between 150 and 200 ° C.
  • the total available heating capacity up to a cylinder diameter of 1200 mm at least 60 kW / m, with a cylinder diameter between 1200 and 1800 mm at least 80 kW / m and with a cylinder diameter of more than 1800 mm is at least 120 KW / m.
  • the contact time of the cylinder with the fibrous web at least 50 ms, preferably at least 80 ms and in particular at least 120 ms.
  • All heated cylinders 1 here consist of a cylinder jacket whose outer, metallic cladding layer 3 has good thermal conductivity. Besides, this is Jacket layer 3 an inductive heating system 4 arranged outside of cylinder 1 assigned. To limit the heat flow closes within the Cylinder jacket to the outer jacket layer 3, a heat insulation layer 5.
  • the dimensional stability and strength of the cylinder 1 from the outer Cladding layer 3, which has an example of a thickness of 4 mm and also load-bearing insulating layer 5 guaranteed.
  • the Insulating layer 5 consists of fiber-reinforced plastic.
  • the manufacture of the cylinder 1 takes place by thermal shrinking of the metallic cladding layer 3 onto the Insulating layer 5.
  • the outer cladding layer 3 in FIG. 2 hardly has any more supporting function and can therefore be limited to a thickness of less than 1 mm become. This reduces the heat flow along the cylinder 1 so that larger ones Temperature differences on the surface of the jacket can be set.
  • the insulating layer 3 consists of a plastic with the lowest thermal conductivity adjoining within the cylinder jacket support structure 6 from a fiber-reinforced plastic, the support structure 6 a large part of the interior of the Fills cylinder 1. This enables a light and very stable support structure 6.
  • the cylinders 1 also have an example of a diameter of 1500 mm, wherein a contact time of 120 ms results from the guidance of the fibrous web 2.
  • the heating system 4 is along the cylinder 1 in several separately controllable heating zones 7 divided, the zone width is 50 mm. With an available heating capacity of 100 kW / m are surface temperatures of cylinder 1 of approximately 200 ° C reachable.
  • the thickness is outer cladding layer 3 between the heating zones 7 reduced. This is done via a very narrow circumferential groove 8 burned in from the outside with a laser. This improves the independence of the heating zones 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder (1) zur Trocknung einer Faserstoffbahn (2), insbesondere einer Papier-, Karton-oder Tissuebahn in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung derselben, bestehend aus einem Zylindermantel dessen äußere Mantelschicht (3) eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Davon ausgehend sollen die maximale Oberflächentemperatur erhöht und der Wärmefluß verbessert werden.
Erreicht wird dies dadurch, daß der äußeren Mantelschicht (3) zur Beheizung wenigstens ein außerhalb des Zylinders (1) angeordnetes Heizsystem (4) zugeordnet ist und sich innerhalb des Zylindermantels an die äußere Mantelschicht (3) eine Wärme-Isolierschicht (5) anschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen beheizten Zylinder zur Trocknung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-oder Tissuebahn in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung derselben, bestehend aus einem Zylindermantel dessen äußere Mantelschicht eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Derartige Trockenzylinder sind allgemein bekannt und werden überwiegend von innen mit Dampf beheizt. Auf der Basis von Induktions-Heiztechnik können dabei zusätzlich äußere Heizelemente vorgesehen sein. Hierbei kommt es zum Temperaturausgleich zwischen der Innen-und der Außenseite des Zylindermantels, was die maximale Oberflächentemperatur des Trockenzylinders beschränkt.
Außerdem haben diese metallischen Trockenzylinder aus Fertigungs- und Festigkeitsgründen eine große Manteldicke. Der damit verbundene geringe Wärmewiderstand begrenzt auch die maximale Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Heizzonen entlang des Trockenzylinders. Hinzu kommt eine relativ lange Aufwärm- und Abkühlzeit des Zylindermantels.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem beheizten Zylinder die maximale Oberflächentemperatur des Zylindermantels zu erhöhen und den Wärmefluß ausgehend von der Heizung über den Zylindermantel zur Faserstoffbahn zu verbessern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß der äußeren Mantelschicht zur Heizung wenigstens ein außerhalb des Zylinders angeordnetes Heizsystem zugeordnet ist und sich innerhalb des Zylindermantels an die äußere Mantelschicht eine Wärme- Isolierschicht anschließt. Diese Isolierung verhindert den Wärmefluß in das Innere des Zylinders, so daß einerseits höhere Oberflächentemperaturen möglich sind und andererseits eine große Wärmemenge von dem Heizsystem ausgehend an die Faserstoffbahn abgegeben werden kann. Durch die Isolierung erübrigt sich ebenfalls der Einsatz einer Innenheizung des Zylindermantels.
Zur Verringerung der Aufwärm-und Abkühlzeiten sollte die vorzugsweise aus Metall bestehende äußere Mantelschicht möglichst dünn sein. Dies erhöht außerdem die maximale Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen Heizzonen.
Selbst für den Fall, daß die Formstabilität und Festigkeit des Zylinders noch wesentlich von der äußeren Mantelschicht mitbestimmt werden soll, ist anzustreben, daß die Dicke der äußeren Mantelschicht unter 30 mm, vorzugsweise unter 5 mm liegt.
Falls jedoch die Formstabilität und Festigkeit des Zylinders im wesentlichen von der Isolierschicht und/oder einer sich innerhalb des Zylindermantels an die Isolierschicht anschließender Tragstruktur bestimmt wird, so ist es von Vorteil, wenn die äußere Mantelschicht eine Dicke von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm und insbesondere von weniger als 0,2 mm aufweist.
Die Tragstruktur kann dabei aus Metall bestehen, wobei jedoch die thermische Wirkung einer Induktionsheizung zu beachten ist.
Leichtere Zylinder ergeben sich jedoch im allgemeinen, wenn die tragende Isolierschicht und/oder die Tragstruktur aus einem faserverstärkten, thermisch isolierenden Kunststoff bestehen. Dies bedeutet, daß diese Isolierschicht und die Tragstruktur auch ein einziges, gegebenenfalls strukturiertes oder mehrschichtiges Element des Zylindermantels bilden können.
Unter Umständen können sich auch Vorteile hinsichtlich der Stabilität und Festigkeit oder der Fertigung ergeben, wenn die Isolierschicht und/oder die Tragstruktur zumindest einen wesentlichen Teil, vorzugsweise den ganzen Innenraum des Zylinders ausfüllen.
Der Durchmesser des Zylinders bestimmt einerseits die zu erwärmende Manteloberfläche, was den maximalen Durchmesser begrenzt, und hat andererseits jedoch auch Einfluß auf die Kontaktzeit mit der Faserstoffbahn, wodurch sich ein Minimum ergibt. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Zylindern, deren Durchmesser im Bereich von 500 bis 3000 mm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1800 mm liegt, erreicht.
Zur Profilierung der Feuchteverteilung quer zur Faserstoffbahn sollte das vorzugsweise als Infrarot-und/oder Induktionsheizung aufgebaute Heizsystem entlang des Zylinders mehrere, separat steuerbare Heizzonen besitzen, deren Zonenbreite vorzugsweise geringer als 200 mm sein sollte. Die optimale Zonenbreite wird vom Aufwand für das Heizsystem und vom Wärmefluß zwischen den Heizzonen bestimmt. Gute Ergebnisse sind bei Zonenbreiten im Bereich von 30 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 40 und 75 mm realisierbar.
In diesem Zusammenhang läßt sich der Wärmestrom zwischen den Heizzonen noch dadurch verringern, daß die äußere Mantelschicht im Bereich zwischen den Heizzonen eine verringerte Dicke besitzt. Dies kann auf einfache Weise über eine schmale, vorzugsweise außen verlaufende und die Qualität der Faserstoffbahn nicht beeinträchtigende Umfangsrille erfolgen.
Zur effizienten Beeinflussung der Feuchteverteilung oder Trocknung der Faserstoffbahn insgesamt und unter Vermeidung von Hitzeschäden an der Faserstoffbahnoberfläche sollte die maximale Oberflächentemperatur des Zylinders zwischen 120 und 250 °C, vorzugsweise zwischen 150 und 200 °C liegen. Hierzu ist es meist erforderlich, daß die gesamte, verfügbare Heizteistung bis zu einem Zylinderdurchmesser von 1200 mm mindestens 60 kW/m, bei einem Zylinderdurchmesser zwischen 1200 und 1800 mm mindestens 80 kW/m und bei einem Zylinderdurchmesser von mehr als 1800 mm mindestens 120 KW/m beträgt.
Außerdem sollte zur Gewährleistung eines ausreichenden Wärmeflusses zur Faserstoffbahn die Kontaktzeit des Zylinders mit der Faserstoffbahn mindestens 50 ms, vorzugsweise mindestens 80 ms und insbesondere mindestens 120 ms betragen.
Nachfolgend soll Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
  • Figur 1: einen schematischen Querschnitt eines Zylinders 1 mit tragender Isolierschicht 5;
  • Figur 2: einen schematischen Querschnitt eines Zylinders 1 mit Isolierschicht 5 und Tragstruktur 6 und
  • Figur 3: eine schematische Draufsicht eines Zylinders 1.
    • Alle beheizten Zylinder 1 bestehen hier aus einem Zylindermantel dessen äußere, metallische Mantelschicht 3 eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Außerdem ist dieser Mantelschicht 3 ein außerhalb des Zylinders 1 angeordnetes, induktives Heizsystem 4 zugeordnet. Zur Begrenzung des Wärmeflusses schließt sich innerhalb des Zylindermantels an die äußere Mantelschicht 3 eine Wärme-Isolierschicht 5 an.
    In Figur 1 wird die Formstabilität und Festigkeit des Zylinders 1 von der äußeren Mantelschicht 3, die beispielhaft eine Dicke von 4 mm aufweist und der ebenfalls tragenden Isolierschicht 5 gewährleistet. Dies vereinfacht den Aufbau, wobei die Isolierschicht 5 aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Die Herstellung des Zylinders 1 erfolgt durch thermisches Aufschrumpfen der metallischen Mantelschicht 3 auf die Isolierschicht 5.
    Im Gegensatz hierzu hat die äußere Mantelschicht 3 in Figur 2 kaum noch eine tragende Funktion und kann daher auf eine Dicke von weniger als 1 mm beschränkt werden. Dies verringert den Wärmefluß entlang des Zylinders 1, so daß größere Temperaturunterschiede an der Manteloberfläche eingestellt werden können.
    Die Isolierschicht 3 besteht aus einem Kunststoff geringster Wärmeleitfähigkeit und eine sich innerhalb des Zylindermantels daran anschließende Tragstruktur 6 aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Tragstruktur 6 einen großen Teil des Inneren des Zylinders 1 ausfüllt. Dies ermöglicht eine leichte und sehr stabile Tragstruktur 6.
    Die Zylinder 1 haben ebenfalls beispielhaft einen Durchmesser von 1500 mm, wobei sich durch die Führung der Faserstoffbahn 2 eine Kontaktzeit von 120 ms ergibt.
    Das Heizsystem 4 ist entlang des Zylinders 1 in mehrere separat steuerbare Heizzonen 7 unterteilt, wobei die Zonenbreite 50 mm beträgt. Bei einer verfügbaren Heizleistung von 100 kW/m sind Oberflächentemperaturen des Zylinders 1 von ca. 200 °C erreichbar.
    Um den Wärmefluß zwischen den Heizzonen 7 zu beschränken, ist die Dicke der äußeren Mantelschicht 3 zwischen den Heizzonen 7 verringert. Dies erfolgt über eine sehr schmale, von außen mit einem Laser eingebrannte Umfangsrille 8. Dies verbessert die Unabhängigkeit der Heizzonen 7.

    Claims (17)

    1. Beheizten Zylinder (1) zur Trocknung einer Faserstoffbahn (2), insbesondere einer Papier-, Karton-oder Tissuebahn in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung derselben, bestehend aus einem Zylindermantel dessen äußere Mantelschicht (3) eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
      der äußeren Mantelschicht (3) zur Beheizung wenigstens ein außerhalb des Zylinders (1) angeordnetes Heizsystem (4) zugeordnet ist und sich innerhalb des Zylindermantels an die äußere Mantelschicht (3) eine Wärme-Isolierschicht (5) anschließt.
    2. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Formstabilität und Festigkeit des Zylinders (1) wesentlich von der vorzugsweise aus Metall bestehenden, äußeren Mantelschicht (3) bestimmt wird.
    3. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
      die äußere Mantelschicht (3) eine Dicke von weniger als 30 mm, vorzugsweise von weniger als 5 mm besitzt.
    4. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Formstabilität und Festigkeit des Zylinders (1) im wesentlichen von der Isolierschicht (5) und/oder einer sich innerhalb des Zylindermantels an die Isolierschicht (5) anschließenden Tragstruktur (6) bestimmt wird.
    5. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Tragstruktur (6) aus Metall besteht.
    6. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
      die tragende Isolierschicht (5) und/oder die Tragstruktur (6) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
    7. Beheizter Zylinder (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
      die äußere Mantelschicht (3) eine Dicke von weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm und insbesondere von weniger als 0,2 mm aufweist.
    8. Beheizter Zylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Isolierschicht (5) und/oder die Tragstruktur (6) zumindest einen wesentlichen Teil, vorzugsweise den ganzen Innenraum des Zylinders (1) ausfüllen.
    9. Beheizter Zylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zylinders (1) im Bereich von 500 bis 3000 mm, vorzugsweise Bereich von 1200 bis 1800 mm liegt.
    10. Beheizter Zylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem (4) als Infrarot-und/oder Induktionsheizung aufgebaut ist.
    11. Beheizter Zylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem (4) entlang des Zylinders (1) mehrere, separat steuerbare Heizzonen (7) besitzt, wobei die Zonenbreite kleiner als 200 mm sein sollte.
    12. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Zonenbreite im Bereich von 30 bis 100 mm, vorzugsweise Bereich von 40 bis 75 mm liegt.
    13. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelschicht (3) im Bereich zwischen den Heizzonen (7) eine verringerte Dicke besitzt.
    14. Beheizter Zylinder (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Dickenverringerung der äußeren Mantelschicht (3) die Form einer schmalen, vorzugsweise außen verlaufenden Umfangsrille (8) hat.
    15. Anwendung des beheizten Zylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      die maximale Oberflächentemperatur des Zylinders (1) zwischen 120 und 250 °C, vorzugsweise zwischen 150 und 200 °C liegt.
    16. Anwendung des beheizten Zylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      die gesamte, verfügbare Heizleistung bis zu einem Zylinderdurchmesser von 1200 mm mindestens 60 kW/m, bei einem Zylinderdurchmesser zwischen 1200 und 1800 mm mindestens 80 kW/m und bei einem Zylinderdurchmesser von mehr als 1800 mm mindestens 120 kW/m beträgt.
    17. Anwendung des beheizten Zylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      die Kontaktzeit des Zylinders (1) mit der Faserstoffbahn (2) mindestens 50 ms, vorzugsweise mindestens 80 ms und insbesondere mindestens 120 ms beträgt.
    EP00106970A 1999-06-28 2000-04-01 Beheizter Zylinder Expired - Lifetime EP1079022B1 (de)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19929520 1999-06-28
    DE19929520A DE19929520A1 (de) 1999-06-28 1999-06-28 Beheizter Zylinder

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    Publication Number Publication Date
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    EP1079022A3 EP1079022A3 (de) 2001-07-11
    EP1079022B1 EP1079022B1 (de) 2006-07-26

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