EP2133466A2 - Heizwalze und Verfahren zum Betreiben einer Heizwalze - Google Patents

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EP2133466A2
EP2133466A2 EP09160467A EP09160467A EP2133466A2 EP 2133466 A2 EP2133466 A2 EP 2133466A2 EP 09160467 A EP09160467 A EP 09160467A EP 09160467 A EP09160467 A EP 09160467A EP 2133466 A2 EP2133466 A2 EP 2133466A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
heat transfer
transfer fluid
peripheral
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09160467A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2133466A3 (de
Inventor
Axel Hißen
Eugen Schnyder
Peter Dr. Rer. Nat. Wiemer
Josef Schneid
Thomas Hermsen
Uwe Dr. Baader
Frank Rüsing
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 Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2133466A2 publication Critical patent/EP2133466A2/de
Publication of EP2133466A3 publication Critical patent/EP2133466A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • D21F5/027—Heating the cylinders using a heat-transfer fluid between the heating means and the cylinder shell
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/02—Rotary drums or rollers

Definitions

  • the invention relates to a heating roller with a roller body having a rotation axis and a plurality of circumferentially distributed peripheral bores, and a heater, wherein at least two peripheral bores in the region of an axial end of the roller body are connected to a first collecting space and at least one intermediate peripheral bore is connected to a second collecting space, and the peripheral bores and the collecting spaces are filled with a heat transfer fluid and form a continuous flow path.
  • the invention relates to a method for operating a heating roller having a roller body with a plurality of peripheral bores and in the region of an axial end a first and a second plenum, wherein at least two peripheral bores with the first plenum and at least one intermediate peripheral bore with the second collecting space is connected, in which one supplies heat to the roll body and generates a flow of a heat transfer fluid through the peripheral bores.
  • Such a heating roller is often used in the manufacture of a paper or board web, for example as a calender roll.
  • the heating roller transmits Heat on the web so that its surface can be smoothed more easily.
  • the heat that is absorbed by the web must be fed back into the heating roller in order to maintain the temperature of the heating roller.
  • the heat supply to the heating roller It is possible, for example, to heat a heat transfer fluid outside the roll and then to introduce the then heated heat transfer liquid into the roll body. The heat transfer fluid then flows through the peripheral bores and releases the heat to the roller body, which in turn delivers it over its peripheral surface to the paper or board web. For such a training a rotary feedthrough is required.
  • heating device which acts in a different way on the roll body.
  • inductively operating heating devices which generate eddy currents in the roller body, which lead to a corresponding increase in temperature.
  • a heating with IR radiation is possible.
  • heat pipes only work in a limited temperature range, which depends on the medium which is arranged in the heat pipes, ie the peripheral bores.
  • the invention has for its object to make evenly with little effort, the heat distribution in the roll body.
  • This object is achieved with a heat roller of the type mentioned above in that the first collecting space is divided by radially extending from the inside outward webs in the circumferential direction into a plurality of chambers, the second collecting space is formed continuously in the circumferential direction, and the first and the second collecting space through a channel arranged in the region of the axis of rotation are connected to one another.
  • a potential vortex is generated during the rotation of the roller body in the second collecting space, in which a pressure difference arises in the heat transfer fluid, which is directed from radially outside to radially inside.
  • the pressure in the heat transfer fluid is thus lowest in the region of the axis of rotation.
  • This potential vortex causes the heat transfer fluid, which is present in a continuous flow path, is pumped from the second plenum along the axis of rotation in the first plenum.
  • the heat transfer fluid is withdrawn from a peripheral bore, so to speak, and fed into another peripheral bore. Since the heat transfer fluid forms a coherent system, thereby a flow through generates the peripheral holes.
  • the heat transfer fluid can accordingly absorb heat from points of the roller body, which have a higher temperature than the heat transfer fluid and deliver it to points of the roller body, where the temperature is lower than the temperature of the heat transfer fluid.
  • the energy required to circulate the heat transfer fluid through the flow path is generated by the rotation of the roller body. Accordingly, although a slightly larger energy is required to rotate the roller body. But you do not have to supply heat transfer fluid from the outside to cause the circulation of the heat transfer fluid. Accordingly, for example, eliminates the problem, the heat transfer fluid sealed by a rotary feedthrough pass.
  • a starting device for the heat transfer fluid is provided.
  • the starting device initially generates a movement of the heat transfer fluid through the flow path.
  • the starting device only has to operate over a relatively short period of time, namely until the desired flow through the flow path has been established. Then you can do without the starting device.
  • the flow of the heat transfer fluid through the flow path is maintained by the rotation of the roller. In the case of a flowing liquid, the potential vortex must enter only so much drive power into the flow of the heat transfer fluid that the circulation of the heat transfer fluid preserved. This is easier if the heat transfer fluid is already in motion.
  • the peripheral bores are connected in the region of the other axial end with two further collecting spaces, which are divided by webs in the circumferential direction into a plurality of chambers and connected to each other.
  • a third and a fourth plenum at the potential vortex opposite axial end of the roller body.
  • the potential vortex is required only at one axial end of the roll to provide the required pumping capacity.
  • the heat transfer fluid can be rotated together with the roller.
  • the starting device preferably has a heating device.
  • the heating device may be the same heating device with which heat is supplied to the roller body during operation. But it can also be another heater.
  • the heater changes the density of the heat transfer fluid locally. It is then possible to take advantage of this difference in density in order to generate a flow of the heat transfer fluid through the flow path.
  • a first possibility is that the heating device is arranged on an end face of the roller body at a predetermined distance from the axis of rotation. A region of the heat transfer fluid having a reduced density is therefore produced radially on the outside in a collecting space.
  • heat transfer fluid with a greater density ie "heavier” heat transfer fluid, is displaced outward by the centrifugal force and thereby generates the initial flow through the flow path, which is reinforced or at least maintained by the potential vortex.
  • the heating device is arranged at a predetermined distance below the uppermost peripheral bore in the direction of gravity.
  • the initial flow through the flow path is created by a thermosiphon effect.
  • the locally heated heat transfer fluid has a lower density than the unheated fluid and is thus "lighter”.
  • the lighter heat transfer fluid rises against the direction of gravity upwards and thus generates a flow through the flow path.
  • the heating device is arranged in the region of the direction of gravity lower half of the roller body. Thus, there is enough flow length available, so that the flow through the flow path can build up with sufficient reliability.
  • the starting device has a pump.
  • the pump is installed in the roller body. It only has to be operated until the initial flow has been established. Thereafter, the pump can be shut down or taken out of service.
  • the pump has a drive arranged outside of the roller body. This results in a better service friendliness. There is only the pump inside the roller body. If the pump drive fails, then it can be repaired outside the roller body. This is a relatively large time available because the drive of the pump in most time is not needed.
  • the peripheral bores and the collecting spaces form a closed system. This avoids leakage problems.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned above in that one generates a potential vortex in the heat transfer fluid in the second plenum, in the first plenum the heat transfer fluid co-rotate with the roller body and generates a flow from the second into the first plenum.
  • the potential vortex generates a radially from outside to inside pressure difference, which is the heat transfer fluid through the flow path, which has the peripheral bores and the collecting spaces.
  • This is achieved simply by forming two collecting chambers differently, so that one can generate the potential vortex in one collecting space, while in the other collecting space the liquid can be rotated together with the roller.
  • a slightly larger drive power is required for the rotation of the roller body.
  • This also includes the power needed to circulate the heat transfer fluid through the flow path. Interventions from the outside are not required, so that the heating roller can be operated with a relatively low total effort.
  • an initial flow is generated using a starting device. If the heat transfer fluid already moves through the flow system or the flow path formed by the peripheral bores and the collecting spaces, then the potential vortex only has to generate so much drive power that this flow velocity is maintained. The roller can then be put into operation faster.
  • heat is generated to produce the initial flow of the heat transfer fluid and generates a density difference within the heat transfer fluid.
  • a density difference and forces acting on the heat transfer fluid act, generate a flow of heat transfer fluid through the flow path.
  • heat is supplied at an end face of the roller body at a predetermined distance from the axis of rotation.
  • the heat transfer fluid is transported by gravity higher density radially outward and thereby generates the desired flow.
  • the heat is supplied below a highest point in the direction of gravity of the heat transfer fluid for generating the initial flow when the roller is stationary.
  • a heating roller 1 has a roll shell 2, which is designed as a hollow cylinder.
  • the roll shell 2 is closed at one axial end by a roll neck 3 and at the other end by a roll neck 4.
  • peripheral holes 5 are arranged distributed in the circumferential direction, which extend over the entire axial length of the roll shell.
  • a heating device 6 is arranged, which may be formed, for example, as an inductive heating device. Another possibility for such a heater 6 is an infrared heater.
  • the heating device 6 can also be arranged in the interior of the roller body.
  • an inflow channel 7 is provided for the peripheral bore 5.
  • inflow channels 7 are provided for every second peripheral bore in the roll neck 3.
  • drain channels 8 are provided, which are arranged axially, however, further inside than the inflow channels. 7
  • a drain channel 9 is provided in the other roll neck 4 and axially further out an inflow channel 10 for the respective other peripheral holes.
  • the discharge channels 10 start from a first collecting chamber 11.
  • the drainage channels 9 for the illustrated peripheral bore 5 and each second peripheral bore 9 open into a second collecting space 12.
  • the inflow channels 7 for the illustrated peripheral bore 5 and every second peripheral bore starts from a third collecting space 13 and the outflow channels for the other peripheral bores located therebetween open into a fourth collecting space 14.
  • the illustrated embodiment is thus formed as a duo-pass roller.
  • a tripass roller in which every third peripheral bore with a first plenum (alternately at both ends) is connected.
  • the first plenum 11 is separated from the second plenum 12 by a partition 15, which in Fig. 4 is shown.
  • This partition 15 is flat on one side, so that the second plenum 12 is formed as a flat hollow cylinder, ie as a hollow cylinder having a diameter corresponding to the inner diameter of the roll neck 4, and an axial length which is substantially smaller than the diameter.
  • the axial length plays a minor role here.
  • the dividing wall 15 has a plurality of webs 16 running radially from the inside outwards, which subdivide the first collecting chamber 11 into a multiplicity of chambers which are adjacent in the circumferential direction.
  • the webs 16 rotate together with the roll neck 4.
  • the partition wall 15 has an opening 17, the center of which lies on the axis of rotation 18 of the heating roller 1.
  • the third plenum 13 is separated from the fourth plenum 14 by another partition 19, which in FIGS. 2 and 3 is shown.
  • the second partition wall 19 has in its center an opening 20, whose center coincides with the axis of rotation 18.
  • the second partition wall 19 has on both sides radially extending webs 21, 22, which separates the two collecting chambers 13, 14 into a plurality of circumferentially adjacent chambers 23.
  • the peripheral bores 5, the collecting chambers 11-14 and the inflow and outflow channels 7-10 are completely filled with a heat transfer fluid, for example water or oil.
  • a heat transfer fluid for example water or oil.
  • the peripheral bores 5 together with the remaining liquid-containing cavities form a flow path in which the liquid is present in a coherent manner. Thus, if a liquid movement takes place at a location within the heating roller 1, then this causes a flow through the entire peripheral bores.
  • a potential vortex i. a pressure difference in the liquid, which is directed from radially outside to radially inside.
  • This pressure difference is proportional to the difference between the reciprocal of the radius squares between inside and outside.
  • the pressure difference may well be on the order of several bars. If such a pressure difference occurs, then the liquid is conveyed in the direction of arrow 24 from the second plenum 12 through the opening 17 into the first plenum 11. In the first collecting chamber 11, the liquid is caused to rotate together with the roll neck 4 due to the webs 16. Since the liquid is sucked out of the discharge channel 9, as it were, a flow through the entire peripheral bores.
  • the liquid which has flowed from the first collecting chamber 11 and the corresponding peripheral bore, enters the fourth collecting chamber 14, where it rotates with the roller, and then passes through the opening 20 into the third collecting chamber 13 they pass through the inflow channel 7 and the peripheral bore 5 back into the drain channel 9 and from there into the second plenum 12, where due to the potential vortex a renewed pressurization and thus a promotion takes place.
  • the drive power required for conveying the heat transfer fluid through the peripheral bores 5 is generated by a motor 25, which via a stub shaft 26, the roll neck 4 and thus the roll shell. 2 and the other roll neck 3 drives. Accordingly, a slightly larger energy is required to rotate the heat roller 1 as would be required without the flow of heat transfer fluid through the peripheral holes 5. However, the flow of the heat transfer fluid through the peripheral bores 5 is maintained as long as the roller 1 rotates.
  • a pump 27 which is actuated externally by a drive 28.
  • This drive 28 can be switched off, so that the pump is only active for a short period of time at the beginning of the operation of the heating roller 1. Once a flow has formed through the peripheral bores 5, the pump 27 can be taken out of service.
  • Another possibility is to use a further heating device 29.
  • An example of their arrangement is shown on the roll neck 3.
  • the heater 29 acts radially relatively far outward on the inflow channels 7. There, the heat transfer fluid is heated, so that their density decreases.
  • the heating roller 1 rotates, then the "lighter” heat transfer fluid, so the heat transfer fluid with the lower density, by “heavier” heat transfer fluid, so heat transfer fluid with a higher density, displaced, so that here also forms a flow that is maintained by the potential vortex in the second plenum 12.
  • thermosiphon heater against the direction of gravity. It is also possible to arrange the second heating device 29 at a different position and to act on the stationary roller, for example in such a way that the heated heat transfer fluid can rise upwards in the manner of a thermosiphon heater against the direction of gravity. This possibility is not explicitly shown here.
  • the second plenum 12 and the fourth plenum 14 are each covered by cover plates 30, 31 axially inwardly.
  • the assembly of the heating roller 1 is carried out so that first the roll neck 3, 4 prefabricated by using the partitions 15, 19 and then the cover plates 30, 31 hangs up. The then finished roll necks 3, 4 can be connected to the roll shell 2.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Heizwalze (1) angegeben mit einem Walzenkörper (2-4), der eine Rotationsachse (18) und mehrere in Umfangsrichtung unterteilte periphere Bohrungen (5) aufweist, und einer Heizeinrichtung (6), wobei wenigstens zwei periphere Bohrungen (5) im Bereich eines axialen Endes des Walzenkörpers (2-4) mit einem ersten Sammelraum (11) verbunden sind und wenigstens eine dazwischen liegende periphere Bohrung mit einem zweiten Sammelraum (12) verbunden ist und die peripheren Bohrungen (5) und die Sammelräume (11, 12) mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt sind und einen zusammenhängenden Strömungspfad bilden.
Man möchte eine Wärmeverteilung im Walzenkörper möglichst gleichmäßig machen.
Hierzu ist vorgesehen dass, der erste Sammelraum (11) durch radial von innen nach außen verlaufende Stege (16) in Umfangsrichtung in mehrere Kammern unterteilt ist, der zweite Sammelraum (12) in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet ist und der erste und der zweite Sammelraum (11, 12) durch einen im Bereich der Rotationsachse (18) angeordneten Kanal (17) miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizwalze mit einem Walzenkörper, der eine Rotationsachse und mehrere in Umfangsrichtung verteilte periphere Bohrungen aufweist, und eine Heizeinrichtung, wobei wenigstens zwei periphere Bohrungen im Bereich eines axialen Endes des Walzenkörpers mit einem ersten Sammelraum verbunden sind und wenigstens eine dazwischen liegende periphere Bohrung mit einem zweiten Sammelraum verbunden ist, und die peripheren Bohrungen und die Sammelräume mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt sind und einen zusammenhängenden Strömungspfad bilden.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizwalze, die einen Walzenkörper mit mehreren peripheren Bohrungen und im Bereich eines axialen Endes einen ersten und einen zweiten Sammelraum aufweist, wobei mindestens zwei periphere Bohrungen mit dem ersten Sammelraum und mindestens eine dazwischen liegende periphere Bohrung mit dem zweiten Sammelraum verbunden ist, bei dem man dem Walzenkörper Wärme zuführt und eine Strömung einer Wärmeträgerflüssigkeit durch die peripheren Bohrungen erzeugt.
  • Eine derartige Heizwalze wird vielfach bei der Herstellung einer Papier- oder Kartonbahn eingesetzt, beispielsweise als Kalanderwalze. Die Heizwalze überträgt Wärme auf die Bahn, so dass ihre Oberfläche leichter geglättet werden kann. Die Wärme, die von der Bahn aufgenommen wird, muss wieder in die Heizwalze eingespeist werden, um die Temperatur der Heizwalze aufrecht zu erhalten.
  • Für die Wärmezufuhr zur Heizwalze gibt es mehrere Möglichkeiten. Man kann beispielsweise eine Wärmeträgerflüssigkeit außerhalb der Walze beheizen und die dann erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit in den Walzenkörper einleiten. Die Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt dann die peripheren Bohrungen und gibt die Wärme an den Walzenkörper ab, der sie über seine Umfangsfläche wiederum an die Papier- oder Kartonbahn abgibt. Für eine derartige Ausbildung ist eine Drehdurchführung erforderlich.
  • Alternativ oder zusätzlich kann man eine Heizeinrichtung verwenden, die auf andere Weise auf den Walzenkörper wirkt. So sind induktiv arbeitende Heizeinrichtungen bekannt, die im Walzenkörper Wirbelströme erzeugen, die zu einer entsprechenden Temperaturerhöhung führen. Auch eine Beheizung mit IR-Strahlung ist möglich. In beiden Fällen besteht allerdings die Gefahr, dass die Wärmeverteilung im Walzenkörper ungleichförmig wird. Um die Wärmeverteilung zu vergleichmäßigen, kann man so genannte "Heat pipes" verwenden, die mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllt sind. Die Flüssigkeit verdampft an den heißeren Stellen und kondensiert an den kälteren Stellen. Allerdings funktionieren derartige Heat pipes nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich, der von dem Medium abhängt, das in den Heat pipes, d.h. den peripheren Bohrungen angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand die Wärmeverteilung im Walzenkörper gleichmäßig zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Heizwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der erste Sammelraum durch radial von innen nach außen verlaufende Stege in Umfangsrichtung in mehrere Kammern unterteilt ist, der zweite Sammelraum in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet ist, und der erste und der zweite Sammelraum durch einen im Bereich der Rotationsachse angeordneten Kanal miteinander verbunden sind.
  • Mit einer derartigen Ausgestaltung wird bei der Rotation des Walzenkörpers im zweiten Sammelraum ein Potentialwirbel erzeugt, bei dem eine Druckdifferenz in der Wärmeträgerflüssigkeit entsteht, die von radial außen nach radial innen gerichtet ist. Der Druck in der Wärmeträgerflüssigkeit ist also im Bereich der Rotationsachse am niedrigsten. Dieser Potentialwirbel führt dazu, dass die Wärmeträgerflüssigkeit, die in einem zusammenhängenden Strömungspfad vorliegt, aus dem zweiten Sammelraum entlang der Rotationsachse in den ersten Sammelraum gepumpt wird. Dabei wird die Wärmeträgerflüssigkeit aus einer peripheren Bohrung sozusagen abgezogen und in eine andere periphere Bohrung eingespeist. Da die Wärmeträgerflüssigkeit ein zusammenhängendes System bildet, wird dadurch eine Strömung durch die peripheren Bohrungen erzeugt. Die Wärmeträgerflüssigkeit kann dementsprechend Wärme von Stellen des Walzenkörpers aufnehmen, die eine höhere Temperatur haben als die Wärmeträgerflüssigkeit und sie an Stellen des Walzenkörpers abgeben, an denen die Temperatur niedriger ist als die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit. Die zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad notwendige Energie wird durch die Rotation des Walzenkörpers erzeugt. Dementsprechend ist zwar eine etwas größere Energie erforderlich, um den Walzenkörper zu drehen. Man muss aber keine Wärmeträgerflüssigkeit von außen zuführen, um den Umlauf der Wärmeträgerflüssigkeit zu bewirken. Dementsprechend entfällt beispielsweise das Problem, die Wärmeträgerflüssigkeit durch eine Drehdurchführung abgedichtet hindurch zu führen.
  • Vorzugsweise ist eine Starteinrichtung für die Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen. Die Starteinrichtung erzeugt anfänglich eine Bewegung der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad. Die Starteinrichtung muss dabei nur über einen relativ kurzen Zeitraum tätig werden, nämlich solange, bis die gewünschte Strömung durch den Strömungspfad eingerichtet ist. Danach kann man auf die Starteinrichtung verzichten. Die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad wird durch die Rotation der Walze aufrechterhalten. Bei einer strömenden Flüssigkeit muss der Potentialwirbel nur soviel Antriebsleistung in die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit eintragen, dass der Umlauf der Wärmeträgerflüssigkeit erhalten bleibt. Dies ist einfacher, wenn die Wärmeträgerflüssigkeit bereits in Bewegung ist.
  • Vorzugsweise sind die peripheren Bohrungen im Bereich des anderen axialen Endes mit zwei weiteren Sammelräumen verbunden, die durch Stege in Umfangsrichtung in mehrere Kammern unterteilt sind und miteinander verbunden sind. Man hat also sozusagen einen dritten und einen vierten Sammelraum am dem Potentialwirbel gegenüber liegenden axialen Ende des Walzenkörpers. Dadurch lässt sich eine "Duo Pass"-Führung der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Walzenkörper erreichen. Der Potentialwirbel ist allerdings nur an einem axialen Walzenende erforderlich, um die erforderliche Pumpenleistung zur Verfügung zu stellen. Dementsprechend kann im dritten und im vierten Sammelraum die Wärmeträgerflüssigkeit gemeinsam mit der Walze in Drehung versetzt werden. Es ist allerdings auch möglich, an beiden axialen Enden des Walzenkörpers Potentialwirbel vorzusehen.
  • Bevorzugterweise weist die Starteinrichtung eine Heizeinrichtung auf. Bei der Heizeinrichtung kann es sich um die gleiche Heizeinrichtung handeln, mit der im Betrieb dem Walzenkörper Wärme zugeführt wird. Es kann sich aber auch um eine andere Heizeinrichtung handeln. Die Heizeinrichtung verändert die Dichte der Wärmeträgerflüssigkeit lokal. Man kann dann diesen Dichteunterschied ausnutzen, um eine Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad zu erzeugen.
  • Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass die Heizeinrichtung an einer Stirnseite des Walzenkörpers mit einer vorbestimmten Entfernung zur Rotationsachse angeordnet ist. Man erzeugt also radial außen in einem Sammelraum einen Bereich der Wärmeträgerflüssigkeit mit einer verminderten Dichte. Wenn der Walzenkörper dann gedreht wird, wird durch die Zentrifugalkraft Wärmeträgerflüssigkeit mit einer größeren Dichte, also "schwererer" Wärmeträgerflüssigkeit, nach außen verdrängt und erzeugt dadurch die anfängliche Strömung durch den Strömungspfad, die durch den Potentialwirbel noch verstärkt oder zumindest aufrecht erhalten wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann man eine zweite Möglichkeit verwenden, bei der die Heizeinrichtung in einer vorbestimmten Entfernung unterhalb der in Schwerkraftrichtung obersten peripheren Bohrung angeordnet ist. Bei dieser Lösung wird die anfängliche Strömung durch den Strömungspfad durch einen Thermosiphon-Effekt erzeugt. Die lokal erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit weist eine geringere Dichte auf als die nicht erhitzte Flüssigkeit und ist damit "leichter". Die leichtere Wärmeträgerflüssigkeit steigt entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben und erzeugt damit eine Strömung durch den Strömungspfad. Hierbei ist bevorzugt, dass die Heizeinrichtung im Bereich der Schwerkraftrichtung unteren Hälfte des Walzenkörpers angeordnet ist. Damit steht genügend Strömungslänge zur Verfügung, so dass sich die Strömung durch den Strömungspfad mit ausreichender Zuverlässigkeit aufbauen kann.
  • Schließlich ist es auch möglich, dass die Starteinrichtung eine Pumpe aufweist. Die Pumpe ist in den Walzenkörper eingebaut. Sie muss nur solange betrieben werden, bis die anfängliche Strömung eingerichtet worden ist. Danach kann die Pumpe abgeschaltet oder außer Betrieb genommen werden.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass die Pumpe einen außerhalb des Walzenkörpers angeordneten Antrieb aufweist. Dies ergibt eine bessere Servicefreundlichkeit. Es befindet sich nur noch die Pumpe innerhalb des Walzenkörpers. Wenn der Pumpenantrieb ausfällt, dann kann er außerhalb des Walzenkörpers repariert werden. Hierfür steht eine relativ große Zeit zur Verfügung, weil der Antrieb der Pumpe in der meisten Zeit überhaupt nicht benötigt wird.
  • Vorzugsweise bilden die peripheren Bohrungen und die Sammelräume ein geschlossenes System. Damit vermeidet man Dichtigkeitsprobleme.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man im zweiten Sammelraum einen Potentialwirbel in der Wärmeträgerflüssigkeit erzeugt, im ersten Sammelraum die Wärmeträgerflüssigkeit mit dem Walzenkörper mitrotieren lässt und eine Strömung vom zweiten in den ersten Sammelraum erzeugt.
  • Wie oben im Zusammenhang mit der Heizwalze beschrieben, erzeugt der Potentialwirbel eine radial von außen nach innen gerichtete Druckdifferenz, die die Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad treibt, der die peripheren Bohrungen und die Sammelräume aufweist. Erreicht wird dies einfach dadurch, dass man zwei Sammelräume unterschiedlich ausbildet, so dass man in dem einen Sammelraum den Potentialwirbel erzeugen kann, während man im anderen Sammelraum die Flüssigkeit gemeinsam mit der Walze rotieren lässt. Dadurch ist zwar für das Rotieren des Walzenkörpers eine etwas größere Antriebsleistung erforderlich. Diese beinhaltet auch die Leistung, die man zum Umwälzen der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad benötigt. Eingriffe von außen sind aber nicht erforderlich, so dass die Heizwalze insgesamt mit einem relativ geringen Aufwand betrieben werden kann.
  • Vorzugsweise erzeugt man unter Verwendung einer Starteinrichtung eine Anfangsströmung. Wenn sich die Wärmeträgerflüssigkeit bereits durch das aus den peripheren Bohrungen und den Sammelräumen gebildete Strömungssystem oder dem Strömungspfad bewegt, dann muss der Potentialwirbel nur noch soviel Antriebsleistung erzeugen, dass diese Strömungsgeschwindigkeit aufrecht erhalten wird. Die Walze kann dann schneller in Betrieb genommen werden.
  • Vorzugsweise führt man zum Erzeugen der Anfangsströmung der Wärmeträgerflüssigkeit Wärme zu und erzeugt innerhalb der Wärmeträgerflüssigkeit einen Dichteunterschied. Wie oben erwähnt, kann man mit einem derartigen Dichteunterschied und Kräften, die auf die Wärmeträgerflüssigkeit wirken, eine Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Strömungspfad erzeugen.
  • Hierbei kann man in einer Ausgestaltung vorsehen, dass man zum Erzeugen der Anfangsströmung bei rotierender Walze Wärme an einer Stirnseite des Walzenkörpers mit einer vorbestimmten Entfernung zur Rotationsachse zuführt. In diesem Fall wird durch die Schwerkraft Wärmeträgerflüssigkeit mit einer größeren Dichte radial nach außen transportiert und erzeugt dadurch die gewünschte Strömung. Gegebenenfalls kann man auch die Beheizung im Stillstand vornehmen und dann die Walze drehen.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann man vorsehen, dass man zum Erzeugen der Anfangsströmung bei stillstehender Walze die Wärme unterhalb eines in Schwerkraftrichtung höchsten Punktes der Wärmeträgerflüssigkeit zuführt. Hier nutzt man dann nicht die Zentrifugalkraft bei der Rotation aus, sondern die Schwerkraft und erzeugt die Strömung durch einen Thermosiphon-Effekt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Längsschnitt durch eine Heizwalze,
    Fig. 2
    eine Trennwand zwischen zwei Sammelräumen an einem axialen Ende der Heizwalze,
    Fig. 3
    eine Vorderansicht auf die Trennwand und
    Fig. 4
    eine Seitenansicht der Trennwand am anderen axialen Ende der Heizwalze.
  • Eine Heizwalze 1 weist einen Walzenmantel 2 auf, der als Hohlzylinder ausgebildet ist. Der Walzenmantel 2 ist an einem axialen Ende durch einen Walzenzapfen 3 und am anderen Ende durch einen Walzenzapfen 4 abgeschlossen.
  • Im Walzenmantel 2 sind in Umfangsrichtung verteilt periphere Bohrungen 5 angeordnet, die sich über die gesamte axiale Länge des Walzenmantels erstrecken.
  • Auf der Außenseite des Walzenmantels 2 ist eine Heizeinrichtung 6 angeordnet, die beispielsweise als induktive Heizeinrichtung ausgebildet sein kann. Eine andere Möglichkeit für eine derartige Heizeinrichtung 6 ist eine Infrarot-Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung 6 kann auch im Inneren des Walzenkörpers angeordnet sein.
  • Im Walzenzapfen 3 ist ein Zuflusskanal 7 für die periphere Bohrung 5 vorgesehen. Entsprechende, aber nicht sichtbare Zuflusskanäle 7 sind für jede zweite periphere Bohrung im Walzenzapfen 3 vorgesehen. Für die dazwischen liegenden peripheren Bohrungen sind Abflusskanäle 8 vorgesehen, die axial allerdings weiter innen angeordnet sind als die Zuflusskanäle 7.
  • Für die dargestellte periphere Bohrung ist im anderen Walzenzapfen 4 ein Abflusskanal 9 vorgesehen und axial weiter außen ein Zuflusskanal 10 für die jeweils anderen peripheren Bohrungen.
  • Die Zuflusskanäle 10 gehen aus von einem ersten Sammelraum 11. Die Abflusskanäle 9 für die dargestellte periphere Bohrung 5 und jeweils zweite periphere Bohrung 9 münden in einen zweiten Sammelraum 12. Die Zuflusskanäle 7 für die dargestellte periphere Bohrung 5 und jede zweite periphere Bohrung geht aus von einem dritten Sammelraum 13 und die Abflusskanäle für die dazwischen liegenden übrigen peripheren Bohrungen münden in einen vierten Sammelraum 14.
  • Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist also als Duopass-Walze ausgebildet. Alternativ dazu kann man in nicht näher dargestellter Weise auch eine Tripass-Walze verwenden, bei der jede dritte periphere Bohrung mit einem ersten Sammelraum (abwechselnd an beiden Enden) verbunden ist.
  • Der erste Sammelraum 11 ist vom zweiten Sammelraum 12 durch eine Trennwand 15 abgeteilt, die in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Trennwand 15 ist auf der einen Seite eben, so dass der zweite Sammelraum 12 als flacher Hohlzylinder ausgebildet ist, d.h. als Hohlzylinder mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Walzenzapfens 4 entspricht, und einer axialen Länge, die wesentlich geringer ist als der Durchmesser. Die axiale Länge spielt hier aber eine untergeordnete Rolle.
  • Im ersten Sammelraum 11 weist die Trennwand 15 hingegen eine Mehrzahl von radial von innen nach außen verlaufenden Stegen 16 auf, die den ersten Sammelraum 11 in eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbarter Kammern unterteilen. Die Stege 16 drehen zusammen mit dem Walzenzapfen 4. In der axialen Mitte weist die Trennwand 15 eine Öffnung 17 auf, deren Mittelpunkt auf der Rotationsachse 18 der Heizwalze 1 liegt.
  • Der dritte Sammelraum 13 ist vom vierten Sammelraum 14 durch eine andere Trennwand 19 getrennt, die in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Auch die zweite Trennwand 19 weist in ihrer Mitte eine Öffnung 20 auf, deren Mittelpunkt mit der Rotationsachse 18 übereinstimmt. Die zweite Trennwand 19 hat auf beiden Seiten radial verlaufende Stege 21, 22, die die beiden Sammelräume 13, 14 in eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbarte Kammern 23 trennt.
  • Die peripheren Bohrungen 5, die Sammelräume 11-14 und die Zu- und Abflusskanäle 7-10 sind vollständig mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt, beispielsweise Wasser oder Öl. Die peripheren Bohrungen 5 bilden zusammen mit den übrigen Flüssigkeit enthaltenden Hohlräumen einen Strömungspfad, in dem die Flüssigkeit zusammenhängend vorhanden ist. Wenn also an einem Ort innerhalb der Heizwalze 1 eine Flüssigkeitsbewegung erfolgt, dann bedingt dies eine Strömung durch die gesamten peripheren Bohrungen.
  • Durch die Ausbildung des zweiten Sammelraums 12 ohne irgendwelche Einbauten ergibt sich nun ein Potentialwirbel, d.h. eine Druckdifferenz in der Flüssigkeit, die von radial außen nach radial innen gerichtet ist. Diese Druckdifferenz ist proportional zur Differenz aus dem Kehrwert der Radiusquadrate zwischen innen und außen. Die Druckdifferenz kann dabei durchaus in der Größenordnung von mehreren Bar liegen. Wenn eine derartige Druckdifferenz auftritt, dann wird die Flüssigkeit in Richtung des Pfeils 24 aus dem zweiten Sammelraum 12 durch die Öffnung 17 in den ersten Sammelraum 11 gefördert. Im ersten Sammelraum 11 wird die Flüssigkeit aufgrund der Stege 16 zusammen mit dem Walzenzapfen 4 in Rotation versetzt. Da die Flüssigkeit aus dem Abflusskanal 9 sozusagen abgesaugt wird, entsteht eine Strömung durch die gesamten peripheren Bohrungen. Durch den Abflusskanal 8 gelangt die Flüssigkeit, die aus dem ersten Sammelraum 11 und die entsprechende periphere Bohrung geflossen ist, in den vierten Sammelraum 14, wo sie mit der Walze rotiert, und dann durch die Öffnung 20 in den dritten Sammelraum 13. Von dort gelangt sie durch den Zuflusskanal 7 und die periphere Bohrung 5 wieder in den Abflusskanal 9 und von dort in den zweiten Sammelraum 12, wo aufgrund des Potentialwirbels eine erneute Druckbeaufschlagung und damit eine Förderung erfolgt.
  • Die zum Fördern der Wärmeträgerflüssigkeit durch die peripheren Bohrungen 5 notwendige Antriebsleistung wird von einem Motor 25 erzeugt, der über einen Wellenstummel 26 den Walzenzapfen 4 und damit den Walzenmantel 2 und den anderen Walzenzapfen 3 antreibt. Dementsprechend ist zum Drehen der Heizwalze 1 zwar eine etwas größere Energie erforderlich als ohne die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit durch die peripheren Bohrungen 5 erforderlich wäre. Die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit durch die peripheren Bohrungen 5 bleibt aber solange aufrechterhalten, wie sich die Walze 1 dreht.
  • Es kann günstig sein, zu Beginn des Betriebs der Heizwalze 1 bereits eine Anfangsströmung zu erzeugen. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten denkbar.
  • Man kann zum Einen in einen Kanal, beispielsweise den Zuflusskanal 10, eine Pumpe 27 einbauen, die durch einen Antrieb 28 von außen betätigt wird. Dieser Antrieb 28 kann abgeschaltet werden, so dass die Pumpe nur zu einem kurzen Zeitraum zu Beginn des Betriebs der Heizwalze 1 tätig ist. Sobald sich eine Strömung durch die peripheren Bohrungen 5 ausgebildet hat, kann die Pumpe 27 außer Betrieb genommen werden.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine weitere Heizeinrichtung 29 zu verwenden. Ein Beispiel für ihre Anordnung ist am Walzenzapfen 3 dargestellt. Die Heizeinrichtung 29 wirkt radial relativ weit außen auf die Zuflusskanäle 7. Dort wird die Wärmeträgerflüssigkeit erwärmt, so dass ihre Dichte sinkt. Wenn die Heizwalze 1 rotiert, dann wird die "leichtere" Wärmeträgerflüssigkeit, also die Wärmeträgerflüssigkeit mit der geringeren Dichte, durch "schwerere" Wärmeträgerflüssigkeit, also Wärmeträgerflüssigkeit mit einer größeren Dichte, verdrängt, so dass sich auch hier eine Strömung ausbildet, die von dem Potentialwirbel im zweiten Sammelraum 12 aufrecht erhalten wird.
  • Man kann die zweite Heizeinrichtung 29 auch an einer anderen Position anordnen und auf die stillstehende Walze wirken lassen, beispielsweise so, dass die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben steigen kann nach Art einer Thermosiphon-Heizung. Diese Möglichkeit ist hier nicht ausdrücklich dargestellt.
  • Der zweite Sammelraum 12 und der vierte Sammelraum 14 sind jeweils durch Deckplatten 30, 31 axial nach innen abgedeckt. Die Montage der Heizwalze 1 erfolgt so, dass man zunächst die Walzenzapfen 3, 4 vorfertigt, indem man die Trennwände 15, 19 einsetzt und dann die Deckplatten 30, 31 auflegt. Die dann fertigen Walzenzapfen 3, 4 können mit dem Walzenmantel 2 verbunden werden.

Claims (15)

  1. Heizwalze mit einem Walzenkörper, der eine Rotationsachse und mehrere in Umfangsrichtung verteilte periphere Bohrungen aufweist, und einer Heizeinrichtung, wobei wenigstens zwei periphere Bohrungen im Bereich eines axialen Endes des Walzenkörpers mit einem ersten Sammelraum verbunden sind und wenigstens eine dazwischen liegende periphere Bohrung mit einem zweiten Sammelraum verbunden ist und die peripheren Bohrungen und die Sammelräume mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt sind und einen zusammenhängenden Strömungspfad bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sammelraum (11) durch radial von innen nach außen verlaufende Stege (16) in Umfangsrichtung in mehrere Kammern unterteilt ist, der zweite Sammelraum (12) in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet ist und der erste und der zweite Sammelraum (11, 12) durch einen im Bereich der Rotationsachse (18) angeordneten Kanal (17) miteinander verbunden sind.
  2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Starteinrichtung (27, 29) für die Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen ist.
  3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Bohrungen (5) im Bereich des anderen axialen Endes mit zwei weiteren Sammelräumen (13, 14) verbunden sind, die durch Stege (21, 22) in Umfangsrichtung in mehrere Kammern (23) unterteilt sind und miteinander verbunden sind.
  4. Walze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Starteinrichtung eine Heizeinrichtung (29) aufweist.
  5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (29) an einer Stirnseite des Walzenkörpers (2-4) mit einer vorbestimmten Entfernung zur Rotationsachse (18) angeordnet ist.
  6. Walze nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung in einer vorbestimmten Entfernung unterhalb der in Schwerkraftrichtung obersten peripheren Bohrung (5) angeordnet ist.
  7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung im Bereich der in Schwerkraftrichtung unteren Hälfte des Walzenkörpers (2-4) angeordnet ist.
  8. Walze nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Starteinrichtung eine Pumpe (27) aufweist.
  9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine außerhalb des Walzenkörpers (2-4) angeordneten Antrieb (28) aufweist.
  10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Bohrungen (5) und die Sammelräume (11-14) ein geschlossenes System bilden.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Heizwalze, die einen Walzenkörper mit mehreren peripheren Bohrungen und im Bereich eines axialen Endes einen ersten und einen zweiten Sammelraum aufweist, wobei mindestens zwei periphere Bohrungen mit dem ersten Sammelraum und mindestens eine dazwischen liegende periphere Bohrung mit dem zweiten Sammelraum verbunden ist, bei dem man dem Walzenkörper Wärme zuführt und eine Strömung einer Wärmeträgerflüssigkeit durch die peripheren Bohrungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass man im zweiten Sammelraum einen Potentialwirbel in der Wärmeträgerflüssigkeit erzeugt, im ersten Sammelraum die Wärmeträgerflüssigkeit mit dem Walzenköper mitrotieren lässt und eine Strömung vom zweiten in den ersten Sammelraum erzeugt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Verwendung einer Starteinrichtung eine Anfangsströmung erzeugt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Erzeugen der Anfangsströmung der Wärmeträgerflüssigkeit Wärme zuführt und innerhalb der Wärmeträgerflüssigkeit einen Dichteunterschied erzeugt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Erzeugen der Anfangsströmung bei rotierender Walze Wärme an eine Stirnseite des Walzenkörpers mit einer vorbestimmten Entfernung zur Rotationsachse zuführt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Erzeugen der Anfangsströmung bei stillstehender Walze die Wärme unterhalb eines in Schwerkraftrichtung höchsten Punkts der Wärmeträgerflüssigkeit zuführt.
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