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Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Zylinder zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Trockenvorrichtung.
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Beheizbare Zylinder finden in Trockenanordnungen von Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung von Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn Verwendung. Diese sind in den verschiedensten Ausführungen vorbekannt, wobei der Zylindermantel, an welchem die Faserstoffbahn entlang geführt wird, zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluides beaufschlagbar ist. Der Zylindermantel kann dabei je nach Ausführung einschalig, zwei- oder mehrschalig ausgeführt sein.
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Ausführungen zur Steigerung der Trocknungsleistung mit einschaliger Bauweise und mit zusätzlicher äußerer Beaufschlagung des den Zylindermantel umschlingenden Stützbandes mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium sind aus den Druckschriften
DE 10 2004 017 810 A1 sowie
DE 197 23 163 A1 vorbekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 017 810 A1 offenbart einen beheizten Zylinder zur Trocknung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oberhalb dessen eine Druckhaube angeordnet ist, der ein fluides Medium zugeführt wird. Die Druckhaube besteht hier aus einzelnen, sich jeweils in Bahnlaufrichtung erstreckenden und nebeneinander liegenden Elementen oder Zellen, die jeweils einzelne Anschlüsse für die Zu- oder Abführung eines Mediums aufweisen.
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Aus der Druckschrift
DE 197 23 163 A1 ist eine Trockenpartie vorbekannt, bei welcher einem einschaligen Zylinder eine mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium beaufschlagbare Überdruckhaube zum Zwecke der Kühlung des Stützbandes für die Faserstoffbahn zugeordnet ist.
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Bei der zweischaligen Bauweise, welche durch eine erste innere Manteleinheit und eine zweite äußere Manteleinheit charakterisiert ist, wird das Fluid in den in radialer Richtung zwischen der inneren und der äußeren Manteleinheit gebildeten Zwischenraum eingeleitet. Durch die zweischalige Ausführung kann das Temperaturgefälle zwischen der Zylinderoberfläche und dem eingeleiteten Fluid, insbesondere Dampf, reduziert werden. Die innere Manteleinheit kann dabei entweder auf einer separaten Trageinheit angeordnet, insbesondere gelagert sein oder aber bildet diese. Derartige zweischalige Anordnungen von Zylindern sind beispielsweise aus
DE 10 2004 017 811 A1 und
WO 2004/067978 A1 vorbekannt:
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 017 811 A1 ist eine gattungsgemäße zweischalige Ausführung bekannt, bei welcher die Abdichtung des Druckraumes zwischen der inneren und der äußeren Manteleinheit in axialer Richtung über ein Deckelelement realisiert wird, welches sich über die gesamte radiale Erstreckung des Zylinders erstreckt und auch den von der inneren Manteleinheit umschlossenen Innenraum mit abdichtet. Dieser ist mit der äußeren Manteleinheit fest verbunden und im Bereich der Mittenachse des Zylinders gelagert.
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Eine ähnliche Anordnung offenbart
WO 2004/067978 A1 . Bei dieser ist der Zylinderdeckel zur Abdichtung des Druckraumes zwischen innerer und äußerer Manteleinheit sowohl an der inneren als auch der äußeren Manteleinheit befestigt.
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In beiden Ausführungen kann die innere Manteleinheit auch als Trageinheit fungieren und ist daher durch größere Abmessungen in radialer Richtung charakterisiert. Bei einem derartigen zweischaligen Aufbau kommt es insbesondere im instationären Betrieb, beispielsweise beim Aufheizen oder Abkühlen des Zylinders, bei Abriss oder Überführen zu unterschiedlichen thermischen Dehnungen der verschiedenen Zylinderschalen, insbesondere der inneren und der äußeren Manteleinheit aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten. Auch im stationären Betrieb stellt sich eine Temperaturdifferenz zwischen innerer und äußerer Manteleinheit durch permanente Wärmeabgabe an die äußere Manteleinheit ein. Eine Temperaturänderung an der dünneren Außenschale erfolgt wesentlich schneller als an der häufig dickeren Tragkonstruktion beziehungsweise der inneren Manteleinheit. Die Folge sind Verspannungen zwischen der inneren und der äußeren Manteleinheit, die zu erhöhten Belastungen und Beanspruchungen, insbesondere der äußeren Manteleinheit sowie der Verbindungselemente und zu einer Verschlechterung der Abdichtung am Deckel führen, die bei Verformung nicht mehr sicher gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen beheizbaren Trockenzylinder der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser bei zweischaligem Aufbau mit geringer Mantelstärke der äußeren Manteleinheit bei instationärem Betrieb frei von Verspannungen ist. Insbesondere gilt dies für die äußere Manteleinheit und die mit der äußeren Manteleinheit gekoppelten Elemente. Diese sollen keinen zusätzlichen Beanspruchungen bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der einzelnen Elemente unterworfen sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 21 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein beheizbarer Zylinder umfasst eine erste innere Manteleinheit und eine zweite äußere Manteleinheit, die unter Bildung wenigstens eines mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium, insbesondere heißen Fluid beaufschlagbaren Hohlraumes zueinander in radialer Richtung angeordnet sind. Der Hohlraum ist stirnseitig über Mittel zur Abdichtung verschließbar, insbesondere druck- , gas- und flüssigkeitsdicht. Die Mittel zur Abdichtung umfassen ein ringförmiges Element, welches den Hohlraum in axialer und radialer Richtung abdichtet und das gegenüber der inneren Manteleinheit wenigstens mittelbar in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Dabei wird im Funktionszustand, d.h. bei Beaufschlagung mit heißem Fluid nach erfolgter Verschiebung die Dichtheit immer noch gewährleistet, d.h. die Dichtpaarungen werden aufrechterhalten.
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Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit einer axialen Verschiebbarkeit zwischen dem zur Abdichtung in axialer und radialer Richtung vorgesehenen ringförmigen Element und der inneren Manteleinheit können thermische Ausdehnungen an der äußeren Manteleinheit, insbesondere der Außenschale, frei von Verspannungen kompensiert werden. Dehnt sich dabei die äußere Manteleinheit in axialer Richtung schneller aus als die innere Manteleinheit, wird im Bereich der Anbindung des ringförmigen Elementes an die innere Manteleinheit das ringförmige Element relativ zur inneren Manteleinheit, insbesondere der Außenfläche der inneren Manteleinheit bewegt, wobei die Dichtheit des Innenraumes aufrechterhalten wird.
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Die Abdichtung erfolgt druck-, gas- und flüssigkeitsdicht. Zur druck- und vorzugsweise flüssigkeitsdichten Abdichtung sind jeweils zwischen innerer Manteleinheit und ringförmigen Element und äußerer Manteleinheit und ringförmigen Element Dichteinrichtungen vorgesehen. Diese sind vorzugsweise als berührende Dichtungen ausgebildet und umfassen im einfachsten Fall Dichtringe, wobei hier vorzugsweise zur Gewährleistung der Dichtheit eine Reihenschaltung vorgesehen ist. Die Dichtringe verlaufen in Umfangsrichtung.
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Die konkrete Ausführung ist dabei abhängig von der Ausgestaltung und Ausrichtung der Abstützflächen an der inneren und äußeren Manteleinheit und dem ringförmigen Element.
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Die axiale Verschiebbarkeit kann unterschiedlich realisiert werden. Dabei werden zwei Grundvarianten hinsichtlich der Anordnung von äußerer Manteleinheit und ringförmigen Element unterschieden.
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Gemäß einer ersten Ausführung ist das ringförmige Element frei von einer drehfesten Verbindung zur äußeren Manteleinheit. Dabei ist das ringförmige Element als separates Bauteil ausgeführt und frei von einer starren Kopplung in axialer Richtung zur äußeren Manteleinheit.
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Diese Lösung bietet den Vorteil, dass unabhängig von der tatsächlichen Größe des Zwischenraumes in radialer Richtung unterschiedlich dimensionierte ringförmige
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Elemente vorgehalten werden und zum Einsatz gelangen können. Die Materialwahl für das ringförmige Element kann beliebig erfolgen, insbesondere können Materialien gewählt werden, die sich hinsichtlich der thermischen Eigenschaften auch von denen der äußeren Manteleinheit unterscheiden.
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Dabei ist das ringförmige Element über eine Lagereinrichtung wenigstens mittelbar an der inneren Manteleinheit gelagert, wobei die Lagereinrichtung wenigstens eine Führungseinrichtung zur Führung des ringförmigen Elementes in axialer Richtung und Fixierung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung gegenüber der inneren Manteleinheit oder einem mit dieser drehfest verbundenen Element sowie einen axialen Anschlag umfasst. Die Führungseinrichtung kann dabei
- a) von der inneren Manteleinheit und/oder einem mit dieser drehfest verbundenen Element oder gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung
- b) von separaten mit der inneren Manteleinheit oder einem mit diesen drehfest gekoppelten Element verbundenen Einrichtungen
gebildet werden.
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Als drehfest mit der inneren Manteleinheit verbundenes Element kann beispielsweise ein stirnseitig der inneren Manteleinheit zugeordneter Deckel angesehen werden, welcher den Hohlraum der inneren Manteleinheit in axialer Richtung, d.h. stirnseitig verschließt. Die Führung des ringförmigen Elementes erfolgt dann vorzugsweise am Außenumfang des Deckels. Eine Dichtheit des Hohlraumes kann somit frei von Verspannungen in axialer Richtung für beliebige Größen der Hohlräume und der ringförmigen Elemente in radialer Richtung auf einfache Art und Weise durch die Wahl der Außenabmessungen des Deckels gewährleistet werden. Dadurch muss das ringförmige Element nicht zwangsweise hinsichtlich seiner inneren und äußeren Abmessungen an den konkreten Einsatzfall, insbesondere die radiale Erstreckung des Hohlraumes angepasst werden. Ein weiterer Vorteil einer Ausführung gemäß a) besteht darin, dass hier bereits ohnehin vorhandene Bauteile genutzt werden können. Die Führung in Umfangsrichtung erfolgt dabei beispielsweise durch Kondensatleitungselemente oder Stifte.
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Im Fall b) umfasst die Lagereinrichtung die Führungseinrichtung bildende Befestigungselemente. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass diese auf ohnehin erforderliche Befestigungselemente für seitliche Abdichtungen bzw. Deckel zurückgreifen kann und keine Modifikationen an der inneren Manteleinheit erforderlich sind.
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Der Anschlag kann bei beiden Ausführungen gemäß a) und b) von einem separaten Element gebildet werden oder der Anschlag bildet mit der Führungseinrichtung eine bauliche Einheit, beispielsweise bei Befestigungselementen der Kopfteil.
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Die Lagefixierung des ringförmigen Elementes in axialer Richtung im Funktionszustand wird über eine Energiespeichereinheit, insbesondere eine als Anpresseinheit fungierende Federeinrichtung gewährleistet. Diese ist zwischen Anschlag und ringförmigen Element angeordnet. Die Anpresseinheit ist in Einbaulage vorzugsweise vorgespannt, wobei sich unter Betriebsbedingungen die Vorspannung erhöht. Die Anpresseinheit übernimmt damit auch die Funktion der Vorspannung der Dichteinrichtungen in axialer Richtung und damit der sicheren Gewährleistung der Dichtwirkung.
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Gemäß einer zweiten Grundausführung ist das ringförmige Element drehfest mit der äußeren Manteleinheit verbunden oder bildet mit dieser eine bauliche Einheit. Das ringförmige Element ist dazu über eine Lagereinrichtung wenigstens mittelbar an der inneren Manteleinheit gelagert, wobei die Lagereinrichtung wenigstens eine Führungseinrichtung zur Führung des ringförmigen Elementes und Fixierung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung gegenüber der inneren Manteleinheit oder einem mit dieser drehfest verbundenen Element umfasst. Die Führungseinrichtungen können analog zur ersten Ausführungsform ausgebildet werden. Die zweite Grundausführung bietet den Vorteil, dass hier eine Ausdehnung in axialer Richtung aufgrund der direkten Kopplung mit auf das ringförmige Element übertragen wird, insbesondere bei Ausführung als bauliche Einheit, gleichzeitig jedoch die Lagezuordnung in axialer Richtung zwischen äußerer Manteleinheit und ringförmigen Element immer fest vorgegeben ist und keine zusätzlichen Mittel zur axialen Fixierung erforderlich sind. Werden unterschiedliche Materialien zwischen ringförmigem Element und äußerer Manteleinheit gewählt, kann es hier auch zu unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen äußerer Manteleinheit und ringförmigen Element kommen. In jedem Fall wird jedoch eine axiale Verschiebung aufgrund der Ausdehnung erfolgen.
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Um eine Verschiebbarkeit zu gewährleisten, erfolgt die Dimensionierung der aufeinander abgleitenden Flächen mit entsprechenden Passungen, in der Regel Übergangspassungen.
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Ein erfindungsgemäß ausgeführter beheizbarer Zylinder wird vorzugsweise in einer Trockenvorrichtung einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen zum Einsatz gelangen.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
- Figur 1a
- verdeutlicht anhand eines Axialschnittes in schematisiert stark vereinfachter Darstellung eine erste besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten beheizbaren Zylinders;
- Figur 1b
- verdeutlicht eine Detailansicht gemäß Figur 1a;
- Figuren 1c
- verdeutlicht anhand eines Axialschnittes eines beheizbaren Zylinders eine Ausführung gemäß Figur 1b mit Abstützung der äußeren Manteleinheit an einem eine Außenfläche bildenden Bereich am ringförmigen Element;
- Figur 2
- verdeutlicht anhand eines Ausschnittes eines Axialschnittes eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten Zylinders mit Anbindung des ringförmigen Elementes direkt an der inneren Manteleinheit;
- Figur 3
- verdeutlicht anhand einer Ausführung gemäß Figur 1b eine Ausführung mit drehfester Kopplung zwischen ringförmigen Element und äußerer Manteleinheit;
- Figur 4
- verdeutlicht eine weitere Ausführung mit Ausbildung der Führungseinheit am Deckel.
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Die Figur 1a verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes den Grundaufbau einer besonders vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinders 1 zur Aufheizung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen. Ein derartiger Zylinder 1 findet als beheizbarer Zylinder 1 in einer Trockenpartie von Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen Verwendung. Der Zylinder 1 umfasst einen Zylindermantel 2, der zumindest teilweise von innen mittels eines heißen Fluides, insbesondere einem Gas oder Dampf beaufschlagbar ist. Der Zylindermantel 2 ist in radialer Richtung betrachtet durch einen zweischaligen Aufbau charakterisiert. Dazu umfasst dieser eine erste innere Manteleinheit 3, die mit einer zweiten äußeren Manteleinheit 4 unter Bildung zumindest eines mit dem heißen Fluid, insbesondere Druckmittel beaufschlagbaren Hohlraumes 5 den Zylindermantel 2 bildet. Innere und äußere Manteleinheit 3, 4 bilden dabei zwei Zylinderschalen mit einer Mittenachse M3 und M4, welche der Mittenachse M1 des Zylinders 1 entspricht und sind koaxial zueinander angeordnet. Die Erstreckung in axialer Richtung erfolgt parallel zu den Mittenachsen M3 und M4. Die einzelne Manteleinheit 3 bzw. 4 kann je nach Ausführung einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein. Der Hohlraum 5 weist einen im wesentlichen ringförmigen Querschnitt auf oder besteht aus Ringsegmenten, der zwischen einer Innenfläche 6 der äußeren Manteleinheit 4 und einer Außenfläche 7 der inneren Manteleinheit 3 gebildet wird. Eine mögliche Ausführung der inneren Manteleinheit erfolgt - wie in der Figur 1 beispielhaft dargestellt - als Hohlkörper, insbesondere zylindrischer Hohlkörper, welcher gleichzeitig die Trageinheit 9 bildet. Die innere Manteleinheit 3 ist in diesem Fall mit einer größeren Dicke D3 in radialer Richtung ausgebildet als die äußere Manteleinheit 4. Dabei erfolgt die Kopplung zwischen der inneren Manteleinheit 3 und der zweiten äußeren Manteleinheit 4 vorzugsweise über hier im einzelnen nicht dargestellte sondern nur durch unterbrochene Linie angedeutete Mittel 8 zur Verbindung zwischen innerer und äußerer Manteleinheit 3, 4, die der Fixierung der Lage von innerer und äußerer Manteleinheit 3, 4 dienen, wobei hier insbesondere eine Fixierung der Lage zueinander in Umfangsrichtung und radialer Richtung als auch axialer Richtung erfolgt. Die Mittel 8 können verschiedenartig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um Verbindungselemente zwischen der inneren Manteleinheit 3 und der äußeren Manteleinheit 4. Die seitliche Abdeckung des durch die innere Manteleinheit 3 gebildeten Hohlraumes erfolgt über wenigstens einen Deckel 10, hier bei beidseitiger Öffnung beziehungsweise beidseitig offener innerer Manteleinheit 3 über zwei Deckel 10.1 und 10.2. Der Hohlraum 5 ist über Mittel 12 zur Abdichtung des Hohlraumes 5 in axialer Richtung verschlossen. Die Abdichtung des Hohlraumes 5 erfolgt erfindungsgemäß über ein ringförmiges Element 11, welches gegenüber der Trageinheit 9, insbesondere der inneren Manteleinheit 3, in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Das ringförmige Element dient dabei lediglich der Abdichtung des Hohlraumes 5. Die Verschiebung erfolgt dabei unter Beibehaltung der Abdichtung des Hohlraumes 5, insbesondere der Abdichtwirkung zwischen dem ringförmigen Element 11 und der inneren Manteleinheit 3 und dem ringförmigen Element 11 und der äußeren Manteleinheit 4. Das ringförmige Element 11 ist dazu im Querschnitt betrachtet als scheibenförmiges Element mit in Umfangsrichtung verlaufenden und sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprüngen 13.1, 13.2 ausgebildet. Diese bilden die an einer Dichtpaarung mit der inneren und der äußeren Manteleinheit 3, 4 beteiligten Flächenbereiche 14.1, 14.2 am ringförmigen Element 11. Um die Dichtwirkung aufrechtzuerhalten ist es erforderlich, das ringförmige Element 11 in seiner axialen Lage immer in einer abdichtenden Position zu fixieren. Dies erfolgt über eine Lagereinrichtung 15 mit axialer Verschiebbarkeit des ringförmigen Elementes 11 und mit Anschlagsfunktion, d.h. Begrenzung der axialen Bewegbarkeit des ringförmigen Elementes 11.
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Die Figur 1a verdeutlicht dabei schematisiert vereinfacht eine erste besonders vorteilhafte Ausführungsform, welche im Detail in der Figur 1 b wiedergegeben ist. Bei dieser Ausführung umfasst die Lagereinrichtung Befestigungselemente 16 für das ringförmige Element 11 zur Fixierung der Lage in Umfangsrichtung und ferner zur Führung und Realisierung einer Verschiebbarkeit in axialer Richtung. Die Gleitpaarung 28 übernimmt die Funktion einer Führung in radialer Richtung zur Führung des ringförmigen Elementes 11 bei Verschiebung in axialer Richtung. Die Lagefixierung des ringförmigen Elementes 11 in axialer Richtung erfolgt dabei über Energiespeichereinrichtungen 18, umfassend wenigstens eine Federeinrichtung, die zwischen einem axialen Anschlag 19 und dem ringförmigen Element 11 in axialer Richtung angeordnet ist. Im dargestellten Fall ist jeweils eine Federeinrichtung als Anpresselement einem einzelnen Befestigungselement 16 zugeordnet. Diese stützt sich dabei einerseits am Befestigungselement 16, bei Ausführung in Form eines Bolzens oder einer Schraube an dessen Kopf in axialer Richtung ab und auf der anderen Seite an der vom Zylinder 1 weggerichteten Stirnseite 20 des ringförmigen Elementes 11. Dem ringförmigen Element 11 sind in Umfangsrichtung eine Mehrzahl derartiger Lagereinrichtungen 15 zugeordnet, die vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Gemäß der ersten besonders vorteilhaften Ausführung, die für den Einsatz mit beliebig großer radialer Ausdehnung bzw. Erstreckung des Hohlraumes 5 geeignet ist, ist das ringförmige Element 11 indirekt an der inneren Manteleinheit 3 gelagert. Die Lagerung erfolgt am Deckel 10.1 bzw. 10.2. Dieser ist im dargestellten Fall durch den gleichen oder einen ähnlichen Außendurchmesser dA10 charakterisiert, wie der Außendurchmesser dA3 der inneren Manteleinheit 3 im Verbindungsbereich mit dem Deckel 10.1 bzw. 10.2. Die Führung und Abstützung des ringförmigen Elementes 11 kann somit am Deckel 10.1 bzw. 10.2 und eventuell falls erforderlich auch zusätzlich noch an der Außenfläche 7 der inneren Manteleinheit 3 erfolgen.
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Denkbar wäre auch die hier nicht dargestellte Möglichkeit einer Ausbildung des Deckels 10.1 bzw. 10.2 mit einem größeren oder kleineren Außendurchmesser dA10 als der Außendurchmesser dA3 der inneren Manteleinheit 3, wobei in diesem Fall über die in axialer Richtung aneinander liegenden Stirnseiten 39, 40 von Deckel 10.1, 10.2 und innerer Manteleinheit 3 keine Dichtwirkung erforderlich ist. Die Führung des ringförmigen Elementes 11 im ersten Fall erfolgt dann ausschließlich am Deckel 10.1 bzw. 10.2, insbesondere dem jeweiligen Außenumfang des einzelnen Deckels 10.1 bzw. 10.2.
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Um bei Realisierung einer axialen Verschiebung des ringförmigen Elementes 11 infolge thermischer Ausdehnung der äußeren Manteleinheit 4 in axialer Richtung immer eine Abdichtung des Hohlraumes 5 durch das ringförmige Element 11 zu gewährleisten, ist das ringförmige Element 11 als separates Bauteil ausgeführt. Zwischen diesem und der äußeren Manteleinheit 4 sowie der inneren Manteleinheit 3 beziehungsweise hier gemäß der besonders vorteilhaften Ausführung dem Deckel 10.1 bzw. 10.2 ist jeweils eine Dichteinrichtung 21 beziehungsweise 22 vorgesehen. Zwischen dem ringförmigen Element 11 und der äußeren Manteleinheit 4 besteht gemäß Figur 1a und 1 b keine direkte drehfeste Verbindung, ferner ist die Ausführung frei von einer direkten Verbindung in axialer Richtung, wodurch die äußere Manteleinheit 4 mit relativ geringerer Dicke D4 ausgebildet werden kann.
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Die Dichteinrichtung 21 ist zwischen Deckel 10.1, 10.2 oder der inneren Manteleinheit 3 und dem ringförmigen Element 11 angeordnet und dient dabei der Abdichtung des Hohlraumes 5 in axialer Richtung. Die Dichteinrichtung wirkt zwischen den Mantelflächen 20 des Deckels oder der inneren Manteleinheit 7 und der des ringförmigen Elementes 11, welche mit 30 bezeichnet ist, in der Gleitpaarung 28. Die Dichteinrichtung 22 ist zwischen äußerer Manteleinheit 4 und ringförmigen Element 11 vorgesehen. Die Dichteinrichtung 22 ist vorzugsweise sowohl als Radialals auch Axialdichtung wirksam. Die Dichteinrichtung 21 ist primär als Radialdichtung ausgebildet. Die Funktionen könne je nach Ausführung der Dichteinrichtungen 21 bzw. 22 auch gesplittet werden, d.h. die Dichteinrichtungen 21, 22 umfassen einzelne Axial- und Radialdichtungen.
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Im dargestellten Fall ist die Dichteinrichtung 22 zwischen dem ringförmigen Element 11, insbesondere zumindest einem zur äußeren Manteleinheit 4 weisenden Flächenbereich 23 an einer in Einbaulage des ringförmigen Elementes 11 zur inneren Manteleinheit 3 gerichteten Innenfläche 24 und einem Flächenbereich 25 der äußeren Manteleinheit 4 angeordnet. Die aufeinander liegenden Flächenbereiche bilden eine Dicht- und Gleitpaarung 27. Zusätzlich ist die Dichteinrichtung 22 vorgesehen, welche im dargestellten Fall eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten O-Ringen oder Packungsringen umfasst. Die Dichtflächen sind dabei derart ausgeführt, dass hier über in radialer Richtung ausgerichtete Flächen die Dichtwirkung zusammen mit der Dichteinrichtung 22 erzeugt wird. Denkbar wäre auch eine Abstützung der Dichteinrichtung 22 nur an axial ausgerichteten Flächen, Stirnflächen oder Kegelflächen.
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Die Dichteinrichtung 21 ist zwischen dem ringförmigen Element 11 und der inneren Manteleinheit 3, hier dem mit der inneren Manteleinheit 3 verbundenen Deckel 10.1 bzw. 10.2, vorgesehen. Die Dichteinrichtung 21 ist im dargestellten Fall in radialer Richtung ausgeführt und wird im einfachsten Fall von O-Ringen gebildet. Die Verschiebbarkeit zwischen dem ringförmigen Element 11 gegenüber dem Deckel 10.1 bzw. 10.2 wird im einfachsten Fall über eine Gleitpaarung 28 zwischen den einander in Einbaulage zugewandten Flächen - Außenfläche 29 des Deckels 10.1 bzw. 10.2 und einer Innenfläche 30 am ringförmigen Element 11, insbesondere am vom Vorsprung 13.2 gebildeten und in Einbaulage zur inneren Manteleinheit 3 weisenden Flächenbereich 14.2 gebildet. Das ringförmige Element 11 weist dazu im Querschnitt betrachtet im dargestellten Fall eine F-Form auf, wobei die beiden Vorsprünge 13.1 und 13.2, welche in Einbaulage jeweils in axialer Richtung ausgerichtet sind, der Abdichtung dienen und mit den Anschlussflächen an der inneren und an der äußeren Manteleinheit 3, 4 und den Dichteinrichtungen 21, 22 eine Dichtpaarung bilden.
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Es versteht sich, dass gemäß einer weiteren Ausführung die genannten Flächenbereiche am ringförmigen Element 11 und der äußeren Manteleinheit 7 zur Ausbildung der Gleitpaarung 27 auch hinsichtlich ihrer Ausrichtung vertauscht werden können, d.h. der Flächenbereich 25 in radialer Richtung nach innen und der Flächenbereich 23 in radialer Richtung nach außen weisen können. Eine derartige Ausführung ist in der Figur 1c dargestellt. Die Gleitpaarung 27 wird hier von einem in radialer Richtung nach außen weisenden Flächenbereich 23 am ringförmigen Element und einem in radialer Richtung nach innen weisenden Flächenbereich 25, d.h. dem Innenumfang 6 der äußeren Manteleinheit 7 gebildet. Das ringförmige Element 11 ist hier im Querschnitt betrachtet zur Ausbildung der Gleitpaarung 28 lediglich mit einem axialen Vorsprung 13.2 ausgeführt. Für die zweite Gleitpaarung 27 mit der äußeren Manteleinheit 7 wird der Außenumfang des ringförmigen Elementes 11 bzw. ein Teilbereich genutzt. Denkbar sind auch andere Ausführungen. Beispielsweise können die in radialer Richtung zur äußeren Manteleinheit weisenden und mit dieser eine Gleitpaarung bildenden Flächenbereiche am ringförmigen Element an einem in axialer Richtung ausgerichteten und in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprung oder Ausnehmung ausgebildet werden, wobei der Vorsprung oder die Ausnehmung mit entsprechend komplementär dazu ausgeführten Ausnehmungen oder Vorsprüngen an der äußeren Manteleinheit unter Bildung der Gleitpaarung zusammenwirkt.
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In der in der Figur 1 b dargestellten Position des ringförmigen Elementes 11 ist dieses in seiner Ausgangsposition in der normalen Einbausituation frei von thermischer Beanspruchung dargestellt, das heißt ohne thermische Ausdehnung der äußeren Manteleinheit 4 in axialer Richtung. Das ringförmige Element 11 wird über die als Anpresseinrichtung fungierende Federeinrichtung in seiner Position gehalten, indem diese mit Vorspannung eingebaut ist. Ferner ist die axiale Verschiebbarkeit des ringförmigen Elementes in axialer Richtung durch die sich an den Befestigungsmitteln 16 abstützende Federeinrichtung beschränkt. Bei thermischer Ausdehnung der äußeren Manteleinheit 4 gegenüber dem ringförmigen Element 11 wird dieses in seiner Lage gehalten, solange die dadurch auf das ringförmige Element 11 wirkende Axialkraft kleiner als die Vorspannung ist. Wird die Axialkraft größer, wird das ringförmige Element 11 parallel zur Achse der Führungseinrichtung 17, hier der Mittenachsen M16 der Befestigungsmittel 16 gegen die Federkraft verschoben. Dabei kann beschränkt eine Relativbewegung auch zwischen der äußeren Manteleinheit 4 und dem ringförmigen Element 11 zugelassen werden. Dies wird im dargestellten Fall über die Ausgestaltung des ringförmigen Elementes 11 und der Flächenbereiche 25 der Außenfläche 26 der äußeren Manteleinheit 4 selbst realisiert. Im einfachsten Fall ist dazu die in Einbaulage zur äußeren Manteleinheit 4 in axialer Richtung weisende Stirnseite 31 derart ausgebildet, dass diese eine Anschlagfläche 32 zum Anschlag an einem Flächenbereich der Stirnseite 33 der äußeren Manteleinheit 4 bildet. Werden Packungsringe als Dichteinrichtung verwendet, dürfen die Stirnseiten 31 und 32 nicht als Anschlag dienen, d.h. es muss ein ausreichender Spalt zwischen diesen verbleiben.
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Zur Befestigung und Führung weist das ringförmige Element 11 eine Durchgangsöffnung 34 auf, durch welche das Befestigungsmittel 16 geführt werden kann. Die Durchgangsöffnung 34 ist dabei zur Realisierung der axialen Bewegbarkeit mit einem größeren Durchmesser d34 ausgeführt, als der Außendurchmesser dA16 des Befestigungs- und Führungsmittels 16. Als Federeinrichtungen sind hier Tellerfederpakete 35 vorgesehen. Andere Ausführungen sind denkbar, beispielsweise in Form von Druckfedern. Dies hängt jedoch von der Größe der Belastung ab.
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Verdeutlichen die Figuren 1a und 1 b eine Ausführung mit Lagerung des ringförmigen Elementes 11 am Deckel 10.1 bzw. 10.2 und axialer Verschiebbarkeit direkt gegenüber dem mit der inneren Manteleinheit 3 gekoppelten Element in Form des Deckels 10.1 bzw. 10.2, zeigen die Figuren 2 und 3 in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer Detailansicht gemäß Figur 1 b eine Ausführung, bei welcher die Lagerung direkt an der inneren Manteleinheit 3 erfolgt. In diesem Fall werden die Befestigungsmittel 16 nicht durch den Deckel 10.1 bzw. 10.2 geführt, sondern das ringförmige Element 11 ist direkt mit der inneren Manteleinheit 3 verbunden. Die Dichteinrichtung 21 ist dann zwischen dem ringförmigen Element 11, insbesondere an einem zur Innenfläche 6 der äußeren Manteleinheit 4 weisenden Außenfläche 7 der inneren Manteleinheit 3 und dem ringförmigen Element 11 angeordnet. Das ringförmige Element 11 bewegt sich dabei in axialer Richtung relativ gegenüber der inneren Manteleinheit 3, wie durch Doppelpfeil angedeutet. Der Deckel 10.1 weist hier eine geringeren Außendurchmesser dA10 auf als der Außendurchmesser dA3 der inneren Manteleinheit 3. Die Dichteinrichtung 22 ist analog zu Figur 1a und 1b ausgeführt. Ferner ist die Lagereinrichtung 15 analog zu Figur 1a, 1b ausgeführt, weshalb hier nicht erneut darauf eingegangen wird. Der Deckel 10.1 ist hier über Befestigungselemente 41 mit der inneren Manteleinheit 3 verbunden. In diesem Fall ist über die in axialer Richtung aneinanderliegenden Stirnseiten von Deckel 10.1, 10.2 und innerer Manteleinheit 3, oder über die radiale Mantelfläche von Deckel und innerer Manteleinheit 3 eine Dichtwirkung erforderlich.
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Für das ringförmige Element 11 können Werkstoffe oder Materialen verwendet werden, die verschieden zu denen der inneren und äußeren Manteleinheit 3, 4 sind. Vorzugsweise wird dieses jedoch aus einem Material gefertigt und derart dimensioniert, dass sich annähernd das gleiche Wärmeausdehnungsverhalten wie für die äußere Manteleinheit 4 ergibt.
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Verdeutlichen die Figuren 1 und 2 Ausführungen mit einem separaten ringförmigen Element 11, welches gegenüber der äußeren Manteleinheit 4 in axialer Richtung bewegbar ist, d.h. frei von einer Verbindung in axialer Richtung ist, zeigt Figur 3 anhand einer Ausführung der Lagerung direkt an der inneren Manteleinheit 3 gemäß Figur 1 b, eine weitere Ausführung, bei welcher das ringförmige Element 11 entweder als bauliche Einheit mit der äußeren Manteleinheit 4 ausgebildet sein kann oder aber - wie in der Figur 3 dargestellt - mit dieser zumindest in axialer Richtung hinsichtlich seiner Lage fest fixiert ist. Dies erfolgt im einfachsten Fall über Verbindungselemente 36. Dabei werden durch die Verbindung zwischen dem ringförmigen Element 11 und der äußeren Manteleinheit die Kräfte aufgebracht, die das ringförmige Element 11 in seiner noch abdichtenden Position bei Druckbeaufschlagung hält. Die Dichtwirkung wird vorzugsweise über Dichteinrichtungen im Verbindungsbereich verstärkt. Die Führungsfunktion kann hier direkt von der Außenfläche 7 der inneren Manteleinheit 3 übernommen werden oder aber, bei einer möglichen, hier jedoch nicht dargestellten Ausführung des Deckels 10.1 und Lagerung über den Deckel 10.1 wie in den Figuren 1a, 1b von der Außenfläche des Deckels 10.1, 10.2 übernommen werden. Figur 3 verdeutlicht dabei eine Weiterentwicklung mit Lagereinrichtung 15 gemäß den Ausführungen in den Figuren 1 und 2, weshalb auf die Ausbildung der Lagereinrichtung 15 im Detail nicht eingegangen wird.
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Während bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungen das ringförmige Element 11 durch Anpresselemente, die dem Innendruck entgegenwirken und die erforderliche Pressung in der Dichtung 22 erzeugen, angepresst wird, kann in Figur 3 theoretisch auf Anpresselemente verzichtet werden. Die übrige Ausführung gestaltet sich beispielhaft analog wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben. Das heißt, das ringförmige Element 11 ist gegenüber der inneren Manteleinheit 3 beziehungsweise dem mit dieser drehfest gekoppelten Deckeleinheit 10.1 bzw. 10.2 in axialer Richtung verschiebbar gelagert, wobei das ringförmige Element 11 gleichzeitig über die Dichteinrichtung 21 den Zwischen- beziehungsweise Hohlraum 5 abdichtet. Die Dichteinrichtung 21 ist hier in analoger Weise entweder zwischen dem ringförmigen Element und dem Deckel oder aber dem ringförmigen Element 11 und der inneren Manteleinheit 3 vorgesehen. Auch hier handelt es sich vorzugsweise um Radialdichtungen. In diesem Fall sind beispielsweise zwei O-Ringe vorgesehen.
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Denkbar sind auch andere Ausführungen von Dichteinrichtungen. Dies gilt in Analogie auch für die Ausführungen in den Figuren 1 bis 3 für die Dichteinrichtung 22 zwischen der äußeren Manteleinheit 4 und dem ringförmigen Element 11. Diese kann beispielsweise aus einem oder mehreren O-Ringen bestehen, die parallel nebeneinander angeordnet sind. Ferner sind Stopfbuchsenpackungen oder Elastomerringe denkbar, wobei letztere ohne oder vorzugsweise mit einer temperaturbeständigen und/oder hydrolysebeständigen Beschichtung oder Ummantelung oder mittels Dichtschnur in Verbindung mit einem Dichtmittel ausgebildet werden können.
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Die Ausbildung der drehfesten Kopplung zwischen ringförmigen Element 11 und äußerer Manteleinheit 4 kann mit und bei Vorsehen von Verbindungseiementen 36 zur Lagefixierung in radialer und axialer Richtung sowie Umfangsrichtung auch ohne eine Lagereinrichtung 15 mit Befestigungselementen 16 auf die Ausführung gemäß Figur 1 übertragen werden. Im letztgenannten Fall erfolgt die Abstützung und Führung vorzugsweise direkt am Außenumfang 29 des Deckels 10.1, wie in Figur 4 beispielhaft wiedergegeben. Die Funktion der Führungseinrichtung 17 wird dabei vom Deckel 10.1 übernommen. Zusätzlich ist hier beispielhaft eine Verzahnung 42 zur drehfesten Kopplung zwischen Deckel 10.1 und ringförmigen Element 11 vorgesehen, welche die Funktion der Lagereinrichtung 15 hinsichtlich der Fixierung der Lage in Umfangsrichtung übernimmt. Die Lagefixierung des ringförmigen Elementes 11 gegenüber der äußeren Manteleinheit 4 erfolgt hier über die Befestigungselemente 36. Die Lagefixierung des Deckels 10.1 über Verbindungselemente 41.
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In den Figuren 1a, 1 b, 2 und 4 wird eine Kondensatrille 37 dadurch gebildet, dass die Innenfläche 24 des ringförmigen Elementes 11 auf einem größeren Durchmesser liegt, als die Innenfläche der äußeren Manteleinheit 6. In einer weiteren Variante ist das ringförmige Element 11 beispielsweise mit einer Rille 37 ausgestattet. Diese verläuft in Einbaulage betrachtet in Umfangsrichtung. Die Rille 37 dient dabei der Aufnahme von Kondensat. Der Rille 37 ist dabei zumindest ein hier nicht dargestellter Anschluss zum Abzug des sich in dieser angesammelten Kondensates zugeordnet. Der Abzug erfolgt vorzugsweise in Richtung zur Mittenachse des Zylinders 1 und das Kondensat kann dann beispielsweise über Drehdurchführungen nach außen abgeführt werden.
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Bei allen Ausführungen findet als heißes Fluid vorzugsweise Dampf, insbesondere Sattdampf Verwendung. Die erfindungsgemäße Lösung der axialen Verschiebbarkeit des ringförmigen Elementes 11 ist dabei nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungen beschränkt. Die Hauptanwendung erfolgt in einer Trockenvorrichtung einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen.
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Bei allen Ausführungen gemäß den Figuren 1 bis 5 wird die Trageinheit 9 vorzugsweise von der inneren Manteleinheit 3 gebildet. Ist eine separate Tragkonstruktion vorgesehen, welche die innere Manteleinheit stützt, gelten die für die innere Manteleinheit bezüglich der Anbindung und Führung des deckelförmigen Elementes getätigten Aussagen auch für die Trageinheit. Die einzelnen Manteleinheiten selbst können ein- oder mehrteilig aufgebaut sein.
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Bezugszeichenliste
- 1
- Zylinder
- 2
- Zylindermantel
- 3
- innere Manteleinheit
- 4
- zweite äußere Manteleinheit
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Innenfläche
- 7
- Außenfläche
- 8
- Mittel zur Lagefixierung
- 9
- Trägereinheit
- 10.1, 10.2
- Deckel
- 11
- ringförmiges Element
- 12
- Mittel zur Abdichtung in axialer Richtung
- 13.1, 13.2
- Vorsprung
- 14.1, 14.2
- Flächenbereich
- 15
- Lagereinrichtung mit axialer Verschiebbarkeit und Anschlagsfunktion
- 16
- Befestigungselemente
- 17
- Führungseinrichtung
- 18
- Energiespeichereinrichtung
- 19
- Anschlag
- 20
- Stirnseite
- 21
- Dichteinrichtung
- 22
- Dichteinrichtung
- 23
- Flächenbereich
- 24
- Innenfläche
- 25
- Flächenbereich
- 26
- Außenfläche
- 27
- Dicht- und/oder Gleitpaarung
- 28
- Gleitpaarung
- 29
- Außenfläche
- 30
- Innenfläche
- 31
- Stirnseite
- 32
- Anschlagfläche
- 33
- Stirnseite
- 34
- Durchgangsöffnung
- 35
- Tellerfederpaket
- 36
- Verbindungselemente
- 37
- Rille
- 39
- Stirnseite
- 40
- Stirnseite
- 41
- Verbindungselemente
- 42
- Verzahnung
- d34
- Durchmesser der Durchgangsöffnung
- dA3
- Außendurchmesser
- dA10
- Außendurchmesser
- d16
- Außendurchmesser
- D3
- Dicke
- D4
- Dicke
- M3
- Mittenachse
- M4
- Mittenachse
- M1
- Mittenachse
- M16
- Mittenachse