EP1378674A2 - Heizwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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EP1378674A2
EP1378674A2 EP03014211A EP03014211A EP1378674A2 EP 1378674 A2 EP1378674 A2 EP 1378674A2 EP 03014211 A EP03014211 A EP 03014211A EP 03014211 A EP03014211 A EP 03014211A EP 1378674 A2 EP1378674 A2 EP 1378674A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
heating roller
heat
heat transfer
channel
Prior art date
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Granted
Application number
EP03014211A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1378674B1 (de
EP1378674A3 (de
Inventor
Rolf Dr.-Ing. Van Haag
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.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1378674A2 publication Critical patent/EP1378674A2/de
Publication of EP1378674A3 publication Critical patent/EP1378674A3/de
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Publication of EP1378674B1 publication Critical patent/EP1378674B1/de
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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
    • D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid
    • 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 heating roller with a body, which is provided with pins at its axial end and has peripheral bores by a first heat transfer medium are flowable.
  • the invention further relates to a method of making a heat roller with a body, the peripheral bores and pins on the Has ends of the body.
  • a heating roller of the type mentioned is out DE 199 57 847 C1 known.
  • Heating rollers are used, for example, in production a paper web, a certain amount of heat in the Enter paper web to heat them up when they are passes through a nip or nip that passes through the Heating roller is limited.
  • the heating roller is multiple arranged in a calender that is also more than can have a nip.
  • the heating roller is heated in that a Heat transfer through the peripheral holes in the body flows.
  • the body is often designed as a tube, the peripheral holes are arranged in its wall are.
  • insulation sleeves are often in the part of the peripheral Drilled holes that are not in the area the paper web width. For example, this is off the aforementioned DE 199 57 847 C1 known. In order to it is prevented that the roller in the edge area high flow temperatures, at which correspondingly large Amounts of heat are given off to the paper web Edges heated up too much. There is namely Possibility of heat dissipation not to the same extent. The insulating sleeves thus cause thermal expansion the roller at the axial edges avoided.
  • the invention has for its object a heating roller operate with different flow temperatures to be able to.
  • This task is the one mentioned at the beginning of a heating roller Art solved in that in at least one Tenon a heat transport assembly with a movable second heat transfer medium is provided with the heat can be transported from radially outside to radially inside.
  • the tenon becomes not sufficiently heated.
  • the pin is in the Area where he is in contact with the first heat transfer medium or at least so closely adjacent to the areas of the body is that brought up from the first heat transfer medium Heat also reaches the cones to an elevated temperature brought. This temperature increase is enough not enough to extend the spigot as much as a whole, that he can follow the expansion of the body. If you now additionally a heat transport arrangement with a second Provides heat transfer, then you can solve this problem deal in an elegant way. You are no longer satisfied with heat conduction through the tenon, which usually is present because the pin is made of a metallic and thus heat-conducting material is formed.
  • This configuration is particularly preferred if Insulating agent in the area of the ends of the peripheral bores are provided. In this case it turns out the problem of the lack of heat transfer from the body on the pin especially because of the axial end less heat is then applied to the body.
  • the heat transport arrangement is preferably dependent the temperature of the first heat transfer medium controllable. With this configuration you achieve that heat transfer at a higher flow temperature of the first heat transfer medium reduced or even prevented can be. So you combine the advantages of one reduced peg heating at higher flow temperatures with stronger cone heating at lower ones Flow temperatures of the first heat transfer medium.
  • the heat transport arrangement preferably has a plurality in the spigot radially extending channels that into one Center area of the pin are guided.
  • radial does not necessarily mean that the channels in the manner of radial jets to the roller axis are led. It is sufficient if it is from the outside radially are guided radially inwards. Here you can also a certain angle with radial rays include the roller.
  • the move second heat transfer medium so that it absorbs heat outside and can deliver inside.
  • the channels are preferably the peripheral bores arranged closely adjacent. This is the heat transfer from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium facilitated.
  • the first heat transfer medium and the second heat transfer medium are separated from each other by only a little material. So you can on the one hand separate media for use the first and second heat transfer media, on the other hand but ensure good heat transfer.
  • the peripheral bores preferably extend into the cones. This has several advantages. To the one can then deflect the Cause current of the first heat transfer medium. On the other hand can be achieved in this way that the first heat transfer medium touched the pin and on a relatively large Area. This in turn facilitates the heat transfer from first heat transfer medium in the pin.
  • the channels preferably contain an evaporable one Liquid.
  • the heat is then transported by that the liquid in the warmer places, that is radial outside, is evaporated and in the cooler places, So radially inside, condensed again with the emission of heat.
  • the liquid is then driven by the centrifugal force the roller, which when operating on the liquid acts, again thrown radially outwards where it can be heated again.
  • the liquid preferably has one in the channel Boiling point that is below a minimum flow temperature of the first heat transfer medium. This ensures that the liquid can evaporate when the first heat transfer medium supplies the pin with heat.
  • the boiling point depends on the liquid itself, but also from the pressure in the channel. One can hence, for example, an adjustment using the pressure of the boiling point.
  • Each channel preferably has a radially outer one Limit on that in the area of the outer radial limit the peripheral holes.
  • Limitation can be formed, for example, by a stopper be used from the outside in the channel to close the channel.
  • each channel Contain liquid from a predetermined Flow temperature of the first heat transfer medium completely evaporated. If the first heat transfer medium has a low flow temperature, then it transmits accordingly, only a little heat on the roll neck. This heat is then released through the vaporizable liquid transferred radially inwards so that the pin is better heated overall. However, this effect is only required at low flow temperatures. At higher flow temperatures should not be so much Heat can be entered into the cone. If you now only fill so much liquid that this liquid completely above a predetermined flow temperature evaporates of the first heat transfer medium, then lies second heat transfer medium above this flow temperature in Gaseous form.
  • the one described above switches Heat transfer with the help of the second heat transfer medium automatically turn off because the gas is a very bad one Is heat conductor. It is still a certain heat transport take place by convection. Because this convection but no longer associated with a forced flow is like evaporation of the liquid the heat transfer is extremely low.
  • the channels completely with the second heat transfer medium are filled, which is below a predetermined Temperature partly in liquid and partly in is in gaseous form.
  • a predetermined Temperature partly in liquid and partly in is in gaseous form.
  • the task is in a method of the aforementioned Art solved in that radial channels in creates the cone, into this an evaporable liquid introduces and seals them.
  • the vaporizable Liquid then forms the second described above Heat transfer medium with which it is possible to heat radially to be transported outside radially inside, so that at low flow temperatures of the first heat transfer medium, which is passed through the peripheral holes Heat transport takes place in the cone itself, which leads to a uniform heating of the peg and thus to one uniform expansion of the cone and the body leads.
  • the liquid has a gas phase
  • By heating the cone will at least make the liquid partially evaporated and so long until it expired has pushed out of the channel. If you look at the channel after that closes, the channel is completely with the second Filled with heat transfer medium, partly in liquid Form and partly in gaseous form.
  • the mass of the introduced Liquid is determined and the mass of the escaping Liquid is determined and when a predetermined difference between the masses the channel closes. This is a relatively easy way make sure the channel after making contains a predetermined mass of the liquid. As stated above, this mass is such that above a predetermined flow temperature of the first The liquid evaporates completely is.
  • a roller 1 has a body 2, which acts as a tube is trained.
  • the roller 1 has a surface 3 that should be heated.
  • Body 2 arranged a plurality of peripheral bores, which are evenly distributed in the circumferential direction are. In the present case, twelve holes 4 are provided, the with a distance of 30 ° in the circumferential direction are arranged.
  • a first heat transfer medium preferably a liquid, such as hot water or hot Oil, or a gas, such as steam, can be supplied.
  • the roller has 1 pin 5 on its end faces.
  • the pin 5 has a stub shaft 6, with the Help the roller in a roller machine, for example a calender that can be rotated. in the the rest of the pin 5 is substantially flat.
  • the outer diameter of the pin 5 is correct here Case practically with the outer diameter of the body 2 match. But it is also possible that the pin 5th a slightly smaller diameter than the body 2 has.
  • a recess 7 which is used to deflect the first heat transfer medium from a peripheral bore 4 in an adjacent peripheral hole is provided. If the first heat transfer medium through only one peripheral hole 4 is passed, it is a mono pass roller. If the first heat transfer medium is through a peripheral Hole 4 there and through an adjacent peripheral hole is returned, then one is called one Roller as a duo-pass roller. It is also possible, that the heat transfer medium through two peripheral holes one direction and through another peripheral hole is headed in the opposite direction before he leaves the roller 1 again. In this case acts it is a tri-pass roller.
  • an insulating sleeve 8 is provided in each case. Through the Insulating sleeve 8 is a heat transfer from the heat transfer medium from the peripheral bore 4 in the body 2 of the Roller 1 reduced.
  • a plurality of channels 9 are arranged in the pin 5, which, 1, radially to the axis 10 extend. However, it is not absolutely necessary that the channels 9 parallel to radial beams run to axis 10.
  • the channels 9 are closed radially on the outside by plugs 11.
  • the radial inside of the plug 11 is located roughly where the radially outer Location of the peripheral bore 4 is located.
  • a liquid 12 is filled into each channel 9.
  • the situation in the company is shown, where the Roller rotates.
  • the liquid 12 due to the centrifugal force against the stopper 11 pressed, is therefore at the radially outer end of channel 9.
  • the insulating sleeves 8 in the axial end of the peripheral bores 4 introduced, that is, in the Part of the holes 4, which is not in the range of the width is a paper web that is treated with the heating roller 1 becomes.
  • the Roll with high temperature a relatively high proportion the heat to the paper web. This heat emission is missing where the paper web (not shown) on the Roller rests. Accordingly, without the Insulating sleeves 8, the pin 5 and the adjacent area of the body 2 heat up strongly. This would become one cause thermal expansion of the roller 1 at the edges. This thermal expansion is due to the insulating sleeves 8 avoided.
  • roller 1 If the roll neck 5 is too cold, there is a constriction the roller 1 at the edges, i.e. at the axial ends. This leads to thick paper web ends.
  • the liquid 12 allows the supply of heat to strengthen the pin 5 and only at low Flow temperatures of the first heat transfer medium. at high flow temperatures should the heat supply through the installed insulating sleeves 8 are reduced.
  • the liquid 12 forms a second heat transfer medium, which is separated from the first heat transfer medium by the peripheral Bores 4 flows, can work.
  • the liquid 12 is a fluid that has a boiling point below the minimum flow temperature of the first heat transfer medium Has. Commercially available are particularly suitable for this Refrigerants e.g. at atmospheric pressure Have a boiling point of approx. 30 ° C.
  • the channels 9, which are designed as radial blind holes are as close as possible to the peripheral bores 4 or the recesses 7, the one redirection point between two neighboring peripheral Form holes in the pin 5. This will be a best possible heat transfer from the first heat transfer medium reached on the liquid 12. As stated above is due to the rotation of the roller Centrifugal forces the liquid 12 always radially outer end of the channel 9 and thus in the immediate vicinity Proximity of the heat supply through the first heat transfer medium.
  • the liquid 12 is thus at higher temperatures boil in the closed channel 9. However, it evaporates only as much liquid until the pressure in channel 12 increased to the temperature and pressure-dependent boiling pressure is. The evaporated liquid condenses on the colder surfaces towards the center of the pin 5, whereby the pressure drops again and becomes the boiling liquid 12 supplied. Through this cycle (Evaporating-condensing), the so-called "Heat pipe effect" is heat directly from the cold center of the cone fed.
  • the channels 9 are in one middle area, i.e. they extend to the inside of the wave end 6.
  • the mass of the liquid filled dimensioned so that above a defined Flow temperature of the first heat transfer medium the entire Liquid 12 has evaporated, so the whole in one Channel 9 filled mass is in the gaseous state.
  • the described one switches Heat transfer automatically starts because the gas is a very bad heat conductor.

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Rollers For Roller Conveyors For Transfer (AREA)
  • Devices For Checking Fares Or Tickets At Control Points (AREA)

Abstract

Es wird eine Heizwalze (1) angegeben mit einem Korpus, der an seinem axialen Ende mit Zapfen (5) versehen ist und periphere Bohrungen (4) aufweist, die von einem ersten Wärmeträger durchströmbar sind. Man möchte eine Heizwalze mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betreiben können. Hierzu ist vorgesehen, daß in mindestens einem Zapfen (5) eine Wärmetransportanordnung mit einem bewegbaren zweiten Wärmeträger (12) vorgesehen ist, mit der Wärme von radial außen nach radial innen transportierbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizwalze mit einem Korpus, der an seinem axialen Ende mit Zapfen versehen ist und periphere Bohrungen aufweist, die von einem ersten Wärmeträger durchströmbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Heizwalze mit einem Korpus, der periphere Bohrungen und Zapfen an den Enden des Korpus aufweist.
Eine Heizwalze der eingangs genannten Art ist aus DE 199 57 847 C1 bekannt.
Heizwalzen dienen beispielsweise bei der Herstellung einer Papierbahn dazu, eine gewisse Wärmemenge in die Papierbahn einzutragen, um sie zu erhitzen, wenn sie einen Nip oder Walzenspalt durchläuft, der durch die Heizwalze begrenzt ist. Hierzu ist die Heizwalze vielfach in einem Kalander angeordnet, der auch mehr als einen Nip aufweisen kann.
Die Beheizung der Heizwalze erfolgt dadurch, daß ein Wärmeträger durch die peripheren Bohrungen des Korpus strömt. Der Korpus ist vielfach als Rohr ausgebildet, in dessen Wand die peripheren Bohrungen angeordnet sind. Man unterscheidet hierbei zwischen Mono-Pass-, Duo-Pass- und Tri-Pass-Walzen und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Wärmeträger bei einem Durchlauf durch die Walze eine, zwei oder drei periphere Bohrungen über die axiale Länge der Walze durchströmt.
Bei Walzentypen, bei denen der Wärmeträger den Zapfen nicht großflächig durchströmt oder anströmt, also im Zapfen oder vor dem Zapfen nur umgelenkt wird, kommt es zu folgendem Problem:
Wenn die Heizwalze für hohe Temperaturen ausgelegt ist, dann werden vielfach Isolierhülsen in dem Teil der peripheren Bohrungen eingebracht, der nicht im Bereich der Papierbahnbreite liegt. Dies ist beispielsweise aus der eingangs genannten DE 199 57 847 C1 bekannt. Damit wird verhindert, daß sich die Walze im Randbereich bei hohen Vorlauftemperaturen, bei denen entsprechend große Wärmemengen an die Papierbahn abgegeben werden, an den Rändern zu stark aufheizt. Dort besteht nämlich die Möglichkeit der Wärmeabgabe nicht im gleichen Maße. Durch die Isolierhülsen wird also eine thermische Aufweitung der Walze an den axialen Rändern vermieden.
Wird jedoch eine derartige randisolierte Walze mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben, so kehrt sich aufgrund der geringen Wärmeabgabe an die Papierbahn dieser Effekt um. Der Korpus wird aufgrund der Wärmezufuhr vergrößert. Die Zapfen erhalten weniger Wärme. Sie bleiben kälter. Dies hat ein Einschnüren der Walze an den axialen Rändern zur Folge und führt somit zu dicken Papierenden, was unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalze mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betreiben zu können.
Diese Aufgabe wird bei einer Heizwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in mindestens einem Zapfen eine Wärmetransportanordnung mit einem bewegbaren zweiten Wärmeträger vorgesehen ist, mit der Wärme von radial außen nach radial innen transportierbar ist.
Wenn der erste Wärmeträger eine niedrigere Vorlauftemperatur hat, dann wird, wie oben angegeben, der Zapfen nicht ausreichend beheizt. Zwar wird der Zapfen in dem Bereich, wo er mit dem ersten Wärmeträger Kontakt hat oder zumindest den Bereichen des Korpus so eng benachbart ist, daß die vom ersten Wärmeträger herangeführte Wärme auch an den Zapfen gelangt, auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Diese Temperaturerhöhung reicht aber nicht aus, um den Zapfen insgesamt so weit auszudehnen, daß er der Dehnung des Korpus folgen kann. Wenn man nun zusätzlich eine Wärmetransportanordnung mit einem zweiten Wärmeträger vorsieht, dann kann man dieses Problem auf elegante Weise umgehen. Man begnügt sich nicht mehr mit der Wärmeleitung durch den Zapfen, die in der Regel vorhanden ist, weil der Zapfen aus einem metallischen und damit wärmeleitenden Werkstoff gebildet ist. Man sieht vielmehr eine zusätzliche Wärmetransportanordnung vor, mit der durch den zweiten Wärmeträger bewußt Wärme aus den radial äußeren Bereichen des Zapfens in radial innere Bereiche transportiert werden kann. Damit wird zunächst einmal eine Möglichkeit geschaffen, daß der Zapfen radial weiter außen mehr Wärme aufnehmen kann. Wenn dort nämlich Wärme abgeführt wird, dann entsteht automatisch wieder eine Temperaturdifferenz zwischen dem Zapfen und dem Korpus. Der Temperaturgradient bewirkt dann den gewünschten Wärmetransport. Gleichzeitig wird der Zapfen nicht nur radial außen beheizt, sondern auch radial innen, so daß er sich relativ gleichmäßig ausdehnen kann. Die Dehnung des Zapfens insgesamt kann dann in guter Näherung der Dehnung des Korpus folgen. Der Wärmetransport von radial außen nach radial innen wird mit Hilfe des zweiten Wärmeträgers bewirkt.
Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt dann, wenn im Bereich der Enden der peripheren Bohrungen Isoliermittel vorgesehen sind. In diesem Fall stellt sich nämlich das Problem des fehlenden Wärmeübergangs vom Korpus auf den Zapfen besonders, weil auch dem axialen Ende des Korpus dann weniger Wärme zugeführt wird.
Vorzugsweise ist die Wärmetransportanordnung in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Wärmeträgers steuerbar. Mit dieser Ausgestaltung erreicht man, daß der Wärmetransport bei einer höheren Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers vermindert oder sogar unterbunden werden kann. Man kombiniert also die Vorteile einer verminderten Zapfenbeheizung bei höheren Vorlauftemperaturen mit einer stärkeren Zapfenbeheizung bei niedrigeren Vorlauftemperaturen des ersten Wärmeträgers.
Vorzugsweise weist die Wärmetransportanordnung mehrere im Zapfen radial verlaufende Kanäle auf, die bis in einen Mittenbereich des Zapfens geführt sind. Hierbei bedeutet die Bezeichnung "radial" nicht unbedingt, daß die Kanäle nach Art von Radialstrahlen zur Walzenachse geführt sind. Es reicht aus, wenn sie von radial außen nach radial innen geführt sind. Hierbei können sie durchaus auch einen gewissen Winkel mit Radialstrahlen der Walze einschließen. In den Kanälen kann sich der zweite Wärmeträger bewegen, so daß er Wärme außen aufnehmen und innen abgeben kann.
Vorzugsweise sind die Kanäle den peripheren Bohrungen dicht benachbart angeordnet. Damit wird der Wärmeübergang vom ersten Wärmeträger auf den zweiten Wärmeträger erleichtert. Der erste Wärmeträger und der zweite Wärmeträger sind nur durch wenig Material voneinander getrennt. Damit kann man einerseits getrennte Medien für den ersten und den zweiten Wärmeträger verwenden, andererseits aber einen guten Wärmetransport gewährleisten.
Vorzugsweise erstrecken sich die peripheren Bohrungen in die Zapfen hinein. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen kann man dann in den Zapfen die Umlenkung des Stromes des ersten Wärmeträgers bewirken. Zum anderen erreicht man auf diese Weise, daß der erste Wärmeträger den Zapfen berührt und zwar auf einer relativ großen Fläche. Dies erleichtert wiederum den Wärmeübergang vom ersten Wärmeträger in den Zapfen.
Vorzugsweise enthalten die Kanäle eine verdampfbare Flüssigkeit. Der Wärmetransport erfolgt dann dadurch, daß die Flüssigkeit an den wärmeren Stellen, also radial außen, verdampft wird und an den kühleren Stellen, also radial innen, unter Wärmeabgabe wieder kondensiert. Die Flüssigkeit wird dann durch die Zentrifugalkraft der Walze, die beim Betrieb auf die Flüssigkeit wirkt, wieder radial nach außen geschleudert, wo sie erneut aufgeheizt werden kann.
Bevorzugterweise weist die Flüssigkeit im Kanal einen Siedepunkt auf, der unterhalb einer minimalen Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers liegt. Damit ist sichergestellt, daß die Flüssigkeit dann verdampfen kann, wenn der erste Wärmeträger dem Zapfen Wärme zuführt. Der Siedepunkt ist von der Flüssigkeit selbst abhängig, aber auch, vom Druck, der im Kanal herrscht. Man kann daher beispielsweise mit Hilfe des Drucks eine Einstellung des Siedepunkts vornehmen.
Bevorzugterweise weist jeder Kanal eine radial äußere Begrenzung auf, die im Bereich der äußeren radialen Begrenzung der peripheren Bohrungen liegt. Eine derartige Begrenzung kann beispielsweise durch einen Stopfen gebildet werden, der von außen in den Kanal eingesetzt wird, um den Kanal zu verschließen. Dadurch, daß man den Kanal radial außen ungefähr dort begrenzt, wo auch die peripheren Bohrungen etwa radial außen enden, wird sichergestellt, daß die Flüssigkeit, die sich im Betrieb aufgrund der Zentrifugalkraft an der radial äußeren Begrenzung sammelt, auf kurzem Weg mit der notwendigen Wärme versorgt wird, so daß sie verdampfen kann. Der Weg für die zu übertragende Wärme wird dadurch kurz gehalten.
Vorzugsweise ist in jedem Kanal eine Masse der verdampfbaren Flüssigkeit enthalten, die ab einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers vollständig verdampft ist. Wenn der erste Wärmeträger eine niedrige Vorlauftemperatur hat, dann überträgt er entsprechend auch nur wenig Wärme an den Walzenzapfen. Diese Wärme wird dann durch die verdampfbare Flüssigkeit radial nach innen übertragen, so daß der Zapfen insgesamt besser beheizt wird. Dieser Effekt ist allerdings nur bei niedrigen Vorlauftemperaturen gewünscht. Bei höheren Vorlauftemperaturen soll nicht mehr so viel Wärme in den Zapfen eingetragen werden. Wenn man nun nur so viel Flüssigkeit einfüllt, daß diese Flüssigkeit vollständig oberhalb einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers verdampft, dann liegt der zweite Wärmeträger oberhalb dieser Vorlauftemperatur in Gasform vor. In diesem Fall schaltet sich der oben beschriebene Wärmetransport mit Hilfe des zweiten Wärmeträgers automatisch ab, da das Gas ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Es wird zwar noch ein gewisser Wärmetransport durch Konvektion stattfinden. Da diese Konvektion aber nicht mehr mit einer Zwangsströmung verbunden ist, wie beim Verdampfen der Flüssigkeit, ist der Wärmetransport außerordentlich gering.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kanäle vollständig mit dem zweiten Wärmeträger gefüllt sind, der unterhalb einer vorbestimmten Temperatur teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vorliegt. Zur Steigerung des Wärmetransports ist es vorteilhaft, wenn sich in den Kanälen keine Luftmassenanteile befinden. Wenn man nun dafür sorgt, daß der zweite Wärmeträger in den Kanälen teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vorliegt, dann kann man erreichen, daß die Luftmassenanteile vollständig oder zumindest nahezu vollständig verdrängt werden.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man radiale Kanäle in den Zapfen erzeugt, in diese eine verdampfbare Flüssigkeit einführt und sie verschließt. Die verdampfbare Flüssigkeit bildet dann den oben beschriebenen zweiten Wärmeträger, mit dem es möglich ist, Wärme von radial außen nach radial innen zu transportieren, so daß bei niedrigen Vorlauftemperaturen des ersten Wärmeträgers, der durch die peripheren Bohrungen geführt wird, ein Wärmetransport im Zapfen selbst erfolgt, der zu einer gleichmäßigen Beheizung des Zapfens und damit zu einer gleichmäßigen Aufweitung des Zapfens und des Korpus führt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man, wenn die Flüssigkeit eine Gasphase aufweist, die ein höheres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, vor dem Verschließen eines Kanals den Zapfen beheizt. Durch das Beheizen des Zapfens wird die Flüssigkeit zumindest teilweise verdampft und zwar so lange, bis sie die Luft aus dem Kanal verdrängt hat. Wenn man danach den Kanal verschließt, ist der Kanal vollständig mit dem zweiten Wärmeträger gefüllt und zwar teilweise in flüssiger Form und teilweise in gasförmiger Form.
In einer Alternative ist vorgesehen, daß man, wenn die Flüssigkeit eine Gasphase aufweist, die ein geringeres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, den Kanal vollständig füllt, den Zapfen beheizt und ausströmende Flüssigkeit ableitet. Hierbei ist es durchaus möglich, daß die ausströmende Flüssigkeit in Gasform vorliegt. Wenn genügend Flüssigkeit oder Gas aus dem Kanal verdrängt worden ist, dann hat man ebenfalls eine Füllung erreicht, die teilweise in flüssiger Form und teilweise in Gasform vorliegt.
Hierbei ist bevorzugt, daß man die Masse der eingeleiteten Flüssigkeit ermittelt und die Masse der ausströmenden Flüssigkeit ermittelt und bei Erreichen einer vorbestimmten Differenz zwischen den Massen den Kanal verschließt. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, sicherzustellen, daß der Kanal nach dem Herstellen eine vorbestimmte Masse der Flüssigkeit enthält. Diese Masse ist, wie oben ausgeführt, so bemessen, daß oberhalb einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers die Flüssigkeit vollständig verdampft ist.
Alternativ oder zusätzlich kann man vorsehen, daß man den Kanal bei Erreichen eines vorbestimmten Dampfdrucks verschließt. Auch auf diese Weise ist es möglich, sicherzustellen, daß eine genau abgemessene Masse der Flüssigkeit im Kanal verbleibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1
eine schematische Querschnittsansicht durch einen Zapfen einer Walze und
Fig. 2
eine schematische Längsschnittansicht eines Ausschnitts aus einer Walze.
Eine Walze 1 weist einen Korpus 2 auf, der als Rohr ausgebildet ist. Die Walze 1 weist eine Oberfläche 3 auf, die beheizt sein soll. Zu diesem Zweck sind im Korpus 2 eine Vielzahl von peripheren Bohrungen angeordnet, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Im vorliegenden Fall sind zwölf Bohrungen 4. vorgesehen, die mit einem Abstand von 30° in Umfangsrichtung angeordnet sind. In nicht näher dargestellter Weise sind die peripheren Bohrungen 4 mit einem Anschluß verbunden, durch den ein erster Wärmeträger, vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie heißes Wasser oder heißes Öl, oder ein Gas, wie Dampf, zugeführt werden können. An ihren Stirnseiten weist die Walze 1 Zapfen 5 auf. Der Zapfen 5 weist einen Wellenstummel 6 auf, mit dessen Hilfe die Walze in einer Walzenmaschine, beispielsweise einem Kalander, drehbar gelagert werden kann. Im übrigen ist der Zapfen 5 im wesentlichen flächig ausgebildet.
Der Außendurchmesser des Zapfens 5 stimmt im vorliegenden Fall praktisch mit dem Außendurchmesser des Korpus 2 überein. Es ist aber auch möglich, daß der Zapfen 5 einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Korpus 2 aufweist.
Auf der dem Korpus 2 zugewandten Seite des Zapfens 5 ist eine Ausnehmung 7 vorgesehen, die zur Umlenkung des ersten Wärmeträgers aus einer peripheren Bohrung 4 in eine benachbarte periphere Bohrung vorgesehen ist. Wenn der erste Wärmeträger durch nur eine periphere Bohrung 4 geleitet wird, handelt es sich um eine Mono-Pass-Walze. Wenn der erste Wärmeträger durch eine periphere Bohrung 4 hin und durch eine benachbarte periphere Bohrung zurückgeleitet wird, dann bezeichnet man eine derartige Walze als Duo-Pass-Walze. Es ist auch möglich, daß der Wärmeträger durch zwei periphere Bohrungen in eine Richtung und durch eine weitere periphere Bohrung in die entgegengesetzte Richtung geleitet wird, bevor er die Walze 1 wieder verläßt. In diesem Fall handelt es sich um eine Tri-Pass-Walze.
Im Bereich der axialen Enden der peripheren Bohrungen 4 ist jeweils eine Isolierhülse 8 vorgesehen. Durch die Isolierhülse 8 wird ein Wärmeübergang von dem Wärmeträger aus der peripheren Bohrung 4 in den Korpus 2 der Walze 1 vermindert.
Im Zapfen 5 sind mehrere Kanäle 9 angeordnet, die sich, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, radial zur Achse 10 erstrecken. Es ist dabei aber nicht unbedingt erforderlich, daß die Kanäle 9 parallel zu Radialstrahlen zur Achse 10 verlaufen.
Die Kanäle 9 sind radial außen durch Stopfen 11 verschlossen. Die radiale Innenseite des Stopfens 11 befindet sich ungefähr dort, wo sich die radial äußere Stelle der peripheren Bohrung 4 befindet.
In jeden Kanal 9 ist eine Flüssigkeit 12 eingefüllt. Dargestellt ist die Situation im Betrieb, wo sich die Walze dreht. Beim Drehen der Walze 1 wird die Flüssigkeit 12 aufgrund der Zentrifugalkraft gegen den Stopfen 11 gedrückt, befindet sich also am radial äußeren Ende des Kanals 9.
Wenn die Heizwalze 1 für hohe Temperaturen ausgelegt ist, dann werden die Isolierhülsen 8 in das axiale Ende der peripheren Bohrungen 4 eingebracht, also in den Teil der Bohrungen 4, der nicht im Bereich der Breite einer Papierbahn liegt, die mit der Heizwalze 1 behandelt wird. Bei einer derartigen Behandlung gibt die Walze mit hoher Temperatur einen relativ hohen Anteil der Wärme an die Papierbahn ab. Diese Wärmeabgabe fehlt dort, wo die Papierbahn (nicht dargestellt) auf der Walze aufliegt. Dementsprechend könnten sich ohne die Isolierhülsen 8 die Zapfen 5 und der benachbarte Bereich des Korpus 2 stark aufheizen. Dies würde zu einer thermischen Aufweitung der Walze 1 an den Rändern führen. Diese thermische Aufweitung wird durch die Isolierhülsen 8 vermieden.
Wird jedoch eine derartige randisolierte Walze mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben, so kehrt sich aufgrund der geringen Wärmeabgabe an die Papierbahn dieser Effekt um. In diesem Fall folgen zu kalte Walzenzapfen, insbesondere an der Antriebsseite der Walzen. An der Führerseite der Walzen wird der Effekt teilweise dadurch kompensiert, daß der erste Wärmeträger zu den peripheren Bohrungen 4 durch den Walzenzapfen 5 hindurchgeführt wird.
Bei zu kalten Walzenzapfen 5 ergibt sich ein Einschnüren der Walze 1 an den Rändern, d.h. an den axialen Enden. Dies führt zu dicken Papierbahnenden.
Durch die dargestellte Konstruktion wird dieser Effekt verhindert. Die Flüssigkeit 12 erlaubt es, die Wärmezufuhr zum Zapfen 5 zu verstärken und zwar nur bei niedrigen Vorlauftemperaturen des ersten Wärmeträgers. Bei hohen Vorlauftemperaturen soll die Wärmezufuhr durch die installierten Isolierhülsen 8 reduziert werden.
Die Flüssigkeit 12 bildet einen zweiten Wärmeträger, der getrennt vom ersten Wärmeträger, der durch die peripheren Bohrungen 4 strömt, arbeiten kann. Die Flüssigkeit 12 ist ein Fluid, das einen Siedepunkt unterhalb der minimalen Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers hat. Hierzu eignen sich besonders handelsübliche Kältemittel, die z.B. bei Atmosphärendruck einen Siedepunkt bei ca. 30°C haben.
Die Kanäle 9, die als radiale Sacklochbohrungen ausgebildet sind, haben einen möglichst kleinen Abstand zu den peripheren Bohrungen 4 oder zu den Ausnehmungen 7, die einen Umlenkpunkt zwischen zwei benachbarten peripheren Bohrungen im Zapfen 5 bilden. Hierdurch wird ein möglichst guter Wärmeübergang vom ersten Wärmeträger auf die Flüssigkeit 12 erreicht. Wie oben ausgeführt, befindet sich durch die bei der Rotation der Walze auftretenden Fliehkräfte die Flüssigkeit 12 immer am radial äußeren Ende des Kanals 9 und damit in unmittelbarer Nähe der Wärmezufuhr durch den ersten Wärmeträger.
Die Flüssigkeit 12 wird somit bei höheren Temperaturen in dem verschlossenen Kanal 9 sieden. Es verdampft jedoch nur so viel Flüssigkeit, bis der Druck im Kanal 12 auf den temperatur- und druckabhängigen Siededruck angestiegen ist. Die verdampfte Flüssigkeit kondensiert an den kälteren Flächen zur Mitte des Zapfens 5 hin, wodurch der Druck wieder sinkt, und wird wieder der siedenden Flüssigkeit 12 zugeführt. Durch diesen Kreislauf (Verdampfen-Kondensieren), dem sogenannten "Heatpipe-Effekt" wird Wärme direkt der kalten Zapfenmitte zugeführt. Die Kanäle 9 sind dabei bis in einen mittleren Bereich erstreckt, d.h. sie erstrecken sich bis in die lichte Weite des Wellenstummels 6.
Da dieser Effekt nur bei niedrigen Vorlauftemperaturen gewünscht ist, wird die Masse der eingefüllten Flüssigkeit so dimensioniert, daß oberhalb einer definierten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers die gesamte Flüssigkeit 12 verdampft ist, also die gesamte in einen Kanal 9 eingefüllte Masse im gasförmigen Zustand vorliegt. In diesem Fall schaltet sich der beschriebene Wärmetransport automatisch ab, da das Gas ein sehr schlechter Wärmeleiter ist.
Zur Steigerung des Wärmetransportes ist es vorteilhaft, wenn sich im Kanal 9 keine Luftmassenanteile befinden, d.h. der Kanal 9 vollständig mit Flüssigkeit 12 oder ihrer Gasphase gefüllt ist. Je nach dem Verhältnis der spezifischen Gewichte von Luft zur Gasphase der Flüssigkeit 12 sind verschiedene Befüllungsverfahren möglich:
Man kann, wenn die Gasphase des Kältemittels ein höheres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, die Flüssigkeit 12 in den Kanal 9 einfüllen, den Zapfen kurz beheizen und dann den Kanal 9 verschließen. In diesem Fall ist man sicher, daß die Gasphase der Flüssigkeit 12 die gesamte Luft aus dem Kanal verdrängt hat.
Wenn das spezifische Gewicht der Luft höher ist als das spezifische Gewicht der Gasphase der Flüssigkeit 12, dann wird man einen Kanal 9 vollständig mit der Flüssigkeit 12 befüllen. Danach wird die Walze 1 oder zumindest der Zapfen 5 auf den oben definierten Umschaltpunkt aufgeheizt, d.h. so weit, daß die Flüssigkeit 12 verdampft. Dabei leitet man ausströmende Flüssigkeit 12 in einen verschlossenen Behälter ab und wiegt die ausgeströmte Masse ab. Wenn man zuvor die eingefüllte Masse der Flüssigkeit 12 ermittelt hat, kann man aus der Masse der entwichenen Flüssigkeit zuverlässig darauf schließen, wie viel Flüssigkeit 12 im Kanal 9 verblieben ist. Wenn die Differenz zwischen der ursprünglich eingefüllten Masse und der ausgeströmten Masse einen vorbestimmten Wert erreicht hat, befindet sich eine vorbestimmte Masse an Flüssigkeit im Kanal 9. Der Kanal 9 kann dann verschlossen werden.
Alternativ kann man auch den Dampfdruck beim Verdampfen messen und den Kanal beim Erreichen eines definierten Dampfdrucks verschließen.

Claims (16)

  1. Heizwalze mit einem Korpus, der an seinem axialen Ende mit Zapfen versehen ist und periphere Bohrungen aufweist, die von einem ersten Wärmeträger durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Zapfen (5) eine Wärmetransportanordnung mit einem bewegbaren zweiten Wärmeträger (12) vorgesehen ist, mit der Wärme von radial außen nach radial innen transportierbar ist.
  2. Heizwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Enden der peripheren Bohrungen (4) Isoliermittel (8) vorgesehen sind.
  3. Heizwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportanordnung in Abhängigkeit von der Temperatur des ersten Wärmeträgers steuerbar ist.
  4. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetransportanordnung mehrere im Zapfen radial verlaufende Kanäle (9) aufweist, die bis in einen Mittenbereich des Zapfens (5) geführt sind.
  5. Heizwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) den peripheren Bohrungen (4) dicht benachbart angeordnet sind.
  6. Heizwalze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die peripheren Bohrungen (4) in die Zapfen (5) hinein erstrecken.
  7. Heizwalze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) eine verdampfbare Flüssigkeit enthalten.
  8. Heizwalze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (12) im Kanal (9) einen Siedepunkt aufweist, der unterhalb einer minimalen Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers liegt.
  9. Heizwalze nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (9) eine radial äußere Begrenzung (11) aufweist, die im Bereich der äußeren radialen Begrenzung der peripheren Bohrungen (4) liegt.
  10. Heizwalze nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal (9) eine Masse der verdampfbaren Flüssigkeit (12) enthalten ist, die ab einer vorbestimmten Vorlauftemperatur des ersten Wärmeträgers vollständig verdampft ist.
  11. Heizwalze nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) vollständig mit dem zweiten Wärmeträger (12) gefüllt sind, der unterhalb einer vorbestimmten Temperatur teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vorliegt.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Heizwalze mit einem Korpus, der periphere Bohrungen und Zapfen an den Enden des Korpus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man radiale Kanäle in den Zapfen erzeugt, in diese eine verdampfbare Flüssigkeit einführt und sie verschließt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man, wenn die Flüssigkeit eine Gasphase aufweist, die ein höheres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, vor dem Verschließen eines Kanals den Zapfen beheizt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man, wenn die Flüssigkeit eine Gasphase aufweist, die ein geringeres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, den Kanal vollständig füllt, den Zapfen beheizt und ausströmende Flüssigkeit ableitet.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse der eingeleiteten Flüssigkeit ermittelt und die Masse der ausströmenden Flüssigkeit ermittelt und bei Erreichen einer vorbestimmten Differenz zwischen den Massen den Kanal verschließt.
  16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kanal bei Erreichen eines vorbestimmten Dampfdrucks verschließt.
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