WO2024088959A1 - Temperierwalzen-anordnung - Google Patents

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WO2024088959A1
WO2024088959A1 PCT/EP2023/079465 EP2023079465W WO2024088959A1 WO 2024088959 A1 WO2024088959 A1 WO 2024088959A1 EP 2023079465 W EP2023079465 W EP 2023079465W WO 2024088959 A1 WO2024088959 A1 WO 2024088959A1
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tempering
rotary drive
arrangement according
fluid
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PCT/EP2023/079465
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Christoph Dütsch
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Bhs Corrugated Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh
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    • B65H2511/21—Angle
    • B65H2511/212—Rotary position

Definitions

  • the invention relates to a tempering roller arrangement for tempering a moving material web.
  • the invention is also directed to a printing system with at least one such tempering roller arrangement.
  • Tempering roller arrangements are well known from obvious prior use. In their tempering rollers, a tempering fluid is generally introduced from one side and discharged from the same side. The tempering performance of such tempering rollers is limited, which is disadvantageous.
  • the invention is based on the object of eliminating the disadvantages of the prior art.
  • a tempering roller arrangement is to be created which is particularly powerful in operation, i.e. has an extremely high tempering capacity. Furthermore, the tempering roller arrangement is to be particularly economical in operation.
  • a corresponding printing system is also to be supplied.
  • the core of the invention lies in the arrangement of the at least one tempering fluid inlet and tempering fluid outlet on opposite sides of the tempering roller, which allows a particularly high flow of tempering fluid in the tempering roller during operation and thus, depending on the design or use of the tempering roller arrangement, enables an extremely high energy dissipation from the material web or energy supply to the material web.
  • the at least one tempering fluid inlet and tempering fluid outlet are preferably arranged at a distance from one another and advantageously facing away from one another. It is advantageous if they are each arranged at the end in relation to the tempering roller.
  • the tempering roller arrangement is designed, for example, as a cooling roller arrangement for cooling the material web. Alternatively, it is designed, for example, as a heating roller arrangement for heating the material web.
  • the tempering fluid is, for example, a liquid and/or a gas.
  • the tempering fluid is water or contains water.
  • the material web is made of paper or cardboard. It can be single-layered or multi-layered.
  • the material web is preferably conveyed during operation, in particular continuously. It is, for example, a printing web, a printed web or a printable web. It is advantageous if it is a corrugated cardboard web or if a corrugated cardboard (web) can be made from it.
  • the tempering roller is in direct, particularly planar, connection with the material web during operation or during tempering, particularly a heat-conducting connection.
  • the tempering roller preferably extends perpendicularly or diagonally to the material web and rotates forwards. preferably during operation. It is advantageous if the tempering roller has a direction of rotation during operation and the tempering roller moves adjacent to the material web in a tangential direction that corresponds to a transport direction of the material web.
  • the tempering roller advantageously has a tangential speed that is identical to the transport speed of the material web.
  • the roller body preferably comprises a roller shell. It preferably has a degressive pitch. It is advantageous if the roller shell has a constant outer diameter and/or constant inner diameter. It preferably has a width that is greater than the width of the material web. It is preferably designed as a hollow cylinder. It is expedient if two end parts or side parts are connected to the roller shell at the end and extend opposite one another. The end parts are expediently spaced apart and parallel to one another. For example, the roller shell and the end parts are connected to one another in one piece. Alternatively, they are originally designed separately. It is expedient if the tempering roller is designed as a double-shell roller.
  • the roll necks preferably form a bearing axis, preferably horizontal.
  • the roll necks and the roll body are, for example, connected to one another in one piece. Alternatively, they are originally designed separately.
  • the flow connection between the at least one tempering fluid inlet and tempering fluid outlet is formed, for example, by at least one tempering fluid channel, line, interior or the like of the tempering roller.
  • the at least one tempering fluid inlet and tempering fluid outlet are in indirect flow connection with each other.
  • the rotary drive is designed as an electric rotary drive and is able to convert electrical power into a rotational or rotary movement. It is preferably gearless. Due to the rotary drive of the tempering roller, the tempering roller preferably forms a material web transport roller during operation. The tempering roller is advantageously able to transport or move the material web. It preferably allows the material web to be guided. It is able, for example, to redirect or deflect the material web.
  • the printing system is, for example, part of a corrugated cardboard system. Alternatively, it is arranged upstream of a corrugated cardboard system.
  • the printing system is preferably designed as a digital printing system and is capable of printing the material web.
  • the at least one tempering fluid inlet channel according to the dependent claim 2 preferably runs straight in the first roll neck, which is advantageous in terms of flow and allows a particularly large tempering fluid flow. Pressure losses are comparatively small. It is preferably closed on the circumference and advantageously circular in cross-section. A transverse dimension of the at least one tempering fluid inlet channel is preferably constant. It is expedient if the at least one tempering fluid inlet channel extends centrally axially in the first roll neck. Preferably only a single tempering fluid Inlet channel is present. A diameter of the tempering fluid inlet channel is preferably between 30% and 80% of an outer diameter of the first shaft journal.
  • the first roller journal is preferably (essentially) hollow-cylindrical.
  • the at least one tempering fluid outlet channel according to subclaim 3 preferably runs straight in the second roll neck, which is advantageous in terms of flow and allows a particularly large tempering fluid flow. Pressure losses are comparatively small. It is preferably closed on the circumference and advantageously circular in cross-section. A transverse dimension of the at least one tempering fluid outlet channel is preferably constant. It is expedient if the at least one tempering fluid outlet channel extends centrally axially in the second roll neck. Preferably, only a single tempering fluid outlet channel is present. A diameter of the tempering fluid outlet channel is preferably between 30% and 80% of an outer diameter of the second shaft neck.
  • the second roll neck is preferably (essentially) hollow-cylindrical.
  • the rotary drive is designed as a hollow shaft drive.
  • a hollow shaft of the hollow shaft drive forms the rotor.
  • the rotary drive is preferably in direct drive connection with the tempering roller.
  • the design according to subclaim 5 leads to a rotary drive that leaves the tempering fluid flow in the adjacent roll neck unaffected.
  • the rotary drive does not stand in the way as in tempering roller arrangements of the prior art and does not hinder or restrict the tempering fluid guide. It is expedient if the Rotor is arranged directly on the first or second roller journal and is connected thereto in a rotationally fixed manner for driving the tempering roller in rotation.
  • the tempering roller can advantageously be driven directly in rotation.
  • the rotary drive is preferably a direct drive.
  • the rotor and stator are each (essentially) hollow cylindrical.
  • the rotor is preferably designed as an internal rotor. It is expedient if it comprises a large number of rotor lamellas, in particular made of sheet metal.
  • the stator advantageously has a permanent magnet arrangement and/or electromagnet arrangement. It is preferably able to generate a magnetic field during operation which detects the rotor and acts on it.
  • the tempering fluid flows through the rotary drive, in particular its rotor and stator, and is preferably able to temper it. This is particularly the case if the tempering fluid is a cooling fluid.
  • the angle of rotation sensor according to subclaim 6 is preferably capable of converting a mechanical angular position of the rotor or the tempering roller into a corresponding electrical signal.
  • the angle of rotation sensor can preferably be used to precisely adjust or operate the rotary drive, in particular to regulate it. It is advantageous if the angle of rotation sensor is designed as an inductive or potentiometric or optically operating/scanning angle of rotation sensor. It is expedient if the angle of rotation sensor is designed to be modular. It is advantageously scalable and/or adjustable.
  • the angle of rotation sensor is preferably encapsulated with (air) overpressure relative to the environment, in particular to protect it from dirt.
  • the angle of rotation sensor according to subclaim 7 allows a particularly precise or exact setting or control of the tempering roller.
  • the angle of rotation sensor is adjacent to the roller body, i.e. a load. It is arranged on the load side in relation to the rotary drive.
  • the angle of rotation sensor according to subclaim 9 is preferably ring-shaped and runs around the roll neck carrying the rotary drive. During operation, the tempering fluid flows through the angle of rotation sensor and is preferably able to temper it. This is especially the case if the tempering fluid is a cooling fluid.
  • the bearing arrangement according to subclaim 10 is preferably designed as a rolling bearing arrangement, in particular a ball bearing arrangement, and comprises at least one bearing. It conveniently rotates around the roll journal carrying the rotary drive.
  • the bearing arrangement is preferably designed as a fixed bearing arrangement or a floating bearing arrangement. It is advantageous if the tempering fluid flows through the bearing arrangement during operation and is able to temper it. This is especially the case if the tempering fluid is a cooling fluid.
  • the tempering roller arrangement has at least one further bearing arrangement for supporting the tempering roller.
  • the at least one further bearing arrangement is preferably assigned to the other roller journal and preferably rotates around it. It is advantageously designed as a rolling bearing arrangement, in particular a ball bearing arrangement, and comprises at least one bearing. It is expedient if the tempering fluid flows through the further bearing arrangement during operation and is capable of tempering them. This is especially the case if the tempering fluid is a cooling fluid.
  • the design according to subclaim 11 is particularly space-saving. Furthermore, a particularly rigid connection is possible.
  • the housing protects, for example, the rotary drive, the bearing arrangement and the angle of rotation sensor. It is advantageously dimensionally stable and consists, for example, of metal, plastic or the like.
  • the housing can preferably be opened, for example for maintenance or assembly/dismantling work.
  • the design according to subclaim 13 allows a particularly high tempering fluid flow, which in turn leads to a particularly powerful tempering roller arrangement with regard to tempering.
  • the tempering roller arrangement has a tempering fluid circuit. It is expedient if at least one tempering device, such as a heat exchanger, is inserted or integrated into the tempering fluid circuit for the corresponding tempering of the tempering fluid.
  • the at least one tempering device is preferably arranged at a distance from the tempering roller.
  • the tempering fluid circuit has at least one tempering fluid conveying means, such as a pump, for conveying the tempering fluid.
  • At least one tempering fluid storage container is preferably also present.
  • the tempering fluid circuit is designed, for example, as an open or closed tempering fluid circuit.
  • Fig. 1 is a perspective partial sectional view of a tempering roller arrangement according to the invention
  • Fig. 2 essentially a longitudinal section through the rotary drive illustrated in Fig. 2, rotation angle sensor and the bearing arrangement of the tempering roller arrangement according to Fig. 1,
  • Fig. 3 is a view showing the illustrated tempering roller arrangement in its entirety in a tempering fluid circuit
  • Fig. 4 a simplified printing system with tempering rollers shown
  • a tempering roller arrangement 1 comprises a tempering roller 2 and a rotary drive 3 for driving the tempering roller 2 in rotation during operation, i.e. in particular during processing of a material web.
  • the tempering roller arrangement 1 also has a frame with a first wall 4, such as a side wall, and a second wall 5, such as a side wall.
  • the walls 4, 5 extend parallel to one another and vertically. They are arranged at a distance from one another and are supported against a floor (not shown), such as a hall floor.
  • the tempering roller 2 has a roller body 6. It also comprises a first roller neck 7 and a second roller neck 8, which are connected to the roller body 6, for example in one piece, and protrude from it in opposite directions.
  • the first roller neck 7 is (essentially) hollow cylindrical.
  • the second roller neck 8 is also (essentially) hollow cylindrical.
  • the roller necks 7, 8 are aligned with one another.
  • the roller body 6 and the roller necks 7, 8 form a longitudinal central axis 9, which also forms an axis of rotation of the tempering roller 2.
  • the roller body 6 in turn has a roller shell 10 which is circular in cross section and extends around the longitudinal center axis 9.
  • the roller shell 10 is hollow cylindrical and has a material web contact surface or material web guide surface for the material web on the outside.
  • the roller body 6 also comprises a first end part 11 and a second end part 12, which are each (essentially) circular disk-shaped and run parallel to one another.
  • the first end part 11 adjoins the end of the first roller journal 7 and the roller shell 10 and is connected to them, for example, as a one-piece.
  • the second end part 12 adjoins the end of the second roller journal 8 and the roller shell 10 and is connected to them, for example, as a one-piece.
  • the end parts 11, 12 and the roller shell 10 spatially delimit an interior space 13 radially outward and in the direction of the longitudinal center axis 9, which is cylindrical. Furthermore, the tempering roller 2 has an internal channel system for a tempering fluid.
  • an inlet channel 14 is formed in the first roll neck 7, which is circular in cross-section.
  • the inlet channel 14 extends straight along the longitudinal center axis 9 and around it. It is arranged centrally in the first roll neck 7 and is limited radially outward or circumferentially.
  • the inlet channel 14 forms an inlet or an inlet opening 15, which faces away from the first end part 11.
  • the inlet 15 is formed in a free end face of the first roll neck 7.
  • the inlet channel 14 extends into the first end part 11.
  • first radial channels 16 are arranged, which adjoin the first inlet channel 14 and run from there or opposite the longitudinal center axis 9 straight radially outwards. They are preferably circular in cross-section and, for example, arranged at a uniform angular distance from one another. They are limited on the circumference.
  • axial channels 18 are arranged, which are preferably arranged circumferentially at equal distances from one another around the longitudinal center axis 9.
  • the axial channels 18 extend parallel to the longitudinal center axis 9 and at a distance from it. They run straight and are in direct or indirect flow connection with the first radial channels 16. It is expedient if each axial channel 18 has a circular cross-section and is limited on the circumference. For example, the number of axial channels 18 and first radial channels 16 is identical.
  • a plurality of second radial channels 19 are arranged, which are in direct or indirect flow connection with the axial channels 18.
  • the second radial channels 19 extend straight and radially in relation to the longitudinal center axis 9. They are preferably circular in cross-section and limited on the circumference. For example, the number of axial channels 18 and second radial channels 19 is identical.
  • An outlet channel 20 is formed in the second roll neck 8, into which the second radial channels 19 open.
  • the outlet channel 20 is circular in cross-section. It extends straight along the longitudinal center axis 9 and around this.
  • the outlet channel 20 is arranged centrally in the second roll neck 8 and is limited radially outwards.
  • the outlet channel 20 forms an outlet 21 or an outlet opening.
  • the outlet 21 faces away from the second end part 12 and the inlet 15. It is formed in a free front side of the second roll neck 8.
  • the outlet 21 and inlet 15 are arranged at a distance from one another. They are arranged in different roll necks 7, 8.
  • the inlet channel 14 and outlet channel 20 are also arranged in different roll necks 7, 8.
  • the inlet channel 14 and outlet channel 20 are aligned with one another.
  • a tempering fluid such as water
  • the tempering fluid flows via the inlet channel 14 in the first roll neck 7 into the first end part 11.
  • it is deflected, preferably by (approx.) 90°, and then flows in the first end part 11 in the first radial channels 16 radially outwards, ie away from the longitudinal center axis 9.
  • the tempering fluid is then Transition region between the first radial channels 16 and the axial channels 18, preferably by (approx.) 90°, and then flows in the roll shell 10 in the axial channels 18 in the direction of the second end part 12.
  • the tempering fluid is then deflected in a third transition region between the axial channels 18 and the second radial channels 19, preferably by (approx.) 90°, and flows in the second end part 12 in the second radial channels 19 in the direction of the outlet channel 20 or the longitudinal center axis 9.
  • the tempering fluid is deflected, preferably by (approx.) 90°, and flows in the outlet channel 20 in the second roll neck 8 to the outlet 21, i.e. away from the inlet 15. There, the tempering fluid leaves the tempering roller 2.
  • the rotary drive 3 which is designed as an electric rotary drive, is arranged on the first roller journal 7 at a distance from the first end part 11. It extends (essentially) from the inlet 15 in the direction of the first end part 11.
  • the rotary drive 3 has an inner rotor 22, which is connected directly to the first roller journal 7 on the circumference or outside and is connected to it in a rotationally fixed manner, for example via a positive and/or non-positive connection, such as a screw connection, tongue and groove connection or the like.
  • the rotor 22 is hollow cylindrical and extends around the longitudinal center axis 9.
  • the rotary drive 3 also has an outer stator 23, which extends around the rotor 22 and rotates around it on the circumference.
  • the stator 23 is hollow cylindrical. There is a particularly high rigidity or rigid connection between the rotary drive 3 and the tempering roller 2, so that unwanted vibrations and target position deviations of the roller shell 6 during operation, for example in a printing operation, are prevented or reduced.
  • the tempering roller arrangement 1 comprises a housing 24 which is supported by the first wall 4 and arranged on the latter.
  • the housing 24 protrudes from the first wall 4 on both sides along the longitudinal central axis 9 and is closed during operation adjacent to the inlet 15 by a preferably removable cover 25 which is annular.
  • the housing 24 On the side facing the first end part 11, the housing 24 has an annular wall 26.
  • the housing 24 surrounds the first roller neck 7 at least in part on the circumference.
  • the rotary drive 3 is housed in the housing 24.
  • the stator 23 is carried by the housing 24. It is connected to the housing 24 on the inside, directly or indirectly, and is stationary.
  • the housing 24 also houses a (first) bearing arrangement 27, which is located between the first end part 11 and the rotary drive 3.
  • the bearing arrangement 27 is designed as a fixed bearing arrangement. It comprises a first ball bearing 28 and a second ball bearing 29, which are arranged adjacent to one another and, for example, abut against one another at the end. It is advantageous if the ball bearings 28, 29 are designed as angular contact ball bearings.
  • the bearing arrangement 27 is arranged adjacent to the first wall 4.
  • Each ball bearing 28, 29 has an inner ring 30 or 31, which sits on the first roller journal 7 and is connected to it in a rotationally fixed manner. ner, each ball bearing 28, 29 has an outer ring 32 or 33 or a bearing housing which extends around the respective inner ring 30 or 31 and is held by the housing 24. Each ball bearing 28, 29 also comprises a plurality of bearing balls 34 or 35 which are arranged between the inner ring 30 or 31 and outer ring 32 or 33 of the respective ball bearing 28 or 29 and are held by a corresponding cage.
  • the rotation angle sensor 36 is arranged adjacent to the bearing arrangement 27 and at a distance from the first end part 11.
  • the rotation angle sensor 36 sits on the first roller neck 7 and rotates around it. It is also housed in the housing 24 and extends adjacent to the wall 26.
  • the rotation angle sensor 36 has a stationary reading head which is advantageously firmly connected to the bearing housing of the adjacent ball bearing 29. It preferably also comprises a graduation carrier which is arranged adjacent to the reading head and is in a rotationally fixed connection with the first roller neck 7. For example, a further reading head is present or the rotation angle sensor 36 has a further reading head in order to compensate for concentricity tolerances of the first roller neck 7.
  • the rotary drive 3, the bearing arrangement 27 and the rotation angle sensor 36 are arranged along the longitudinal center axis 9 on/at the first roll neck 7.
  • a further (second) bearing arrangement 37 which is designed as a ball bearing, is seated on the second roll neck 8.
  • the further bearing arrangement 37 has an inner ring 38 and an outer ring 39 as well as between these arranged bearing balls 40.
  • the inner ring 38 sits on the second roll neck 8 and is connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the outer ring 39 is carried by the second wall 5.
  • the bearing balls 40 are held by a cage.
  • the further bearing arrangement 37 is arranged adjacent to the second wall 5 and the outlet 21. It is designed as a floating bearing.
  • tempering roller arrangement 1 does not require a gear or coupling, this leads to a particularly high (system) rigidity.
  • system rigidity
  • first roller pin 7 is only responsible for supplying the tempering fluid and the second roller pin 8 is only responsible for discharging the tempering fluid, particularly large flow cross-sections are available for the tempering fluid, which allows extremely efficient energy transfer during operation.
  • the tempering roller arrangement 1 is integrated into a tempering fluid circuit in which there is at least one heat exchanger 41, preferably several, such as two, heat exchangers, and the tempering fluid flows during operation.
  • the outlet 21 is in flow connection with a heat exchanger inlet of the at least one heat exchanger 41, directly or indirectly.
  • a heat exchanger outlet of the at least one heat exchanger 41 is in flow connection with the inlet 15, directly or indirectly.
  • the operation of the tempering roller arrangement 1 is described below.
  • the stator 23 generates a magnetic field during operation.
  • the associated rotor 22 is thus driven in rotation and rotates within the stator 23 about the longitudinal center axis 9, which leads to a corresponding rotary drive of the tempering roller 2 about the longitudinal center axis 9.
  • the tempering fluid enters the first roller neck 7 via the inlet 15 and flows in the inlet channel 14 in the direction of the first radial channels 16.
  • the tempering roller 2 rotates in the process. It can be driven in rotation and at the same time can be flowed through.
  • the tempering fluid flows through the rotary drive 3, in particular its rotor 22 or stator 23, the bearing arrangement 27 and the angle of rotation sensor 36. It flows via the roller body 6 into the second roller neck 8, where it flows through the further bearing arrangement 37.
  • the tempering fluid then leaves the tempering roller 2 and flows back to the inlet 15 via the at least one heat exchanger 41.
  • the graduation carrier rotates around the longitudinal center axis 9 and moves past the reading head.
  • the rotational position of the first roll neck 7 or the tempering roller 2 or the rotor 22 is determined via the rotation angle sensor 36.
  • This current position of the first roll neck 7 or the tempering roller 2 or the rotor 22 is transmitted, preferably continuously, to a servo control device.
  • the current position of the first roll neck 7 or the tempering roller 2 or the rotor 22 is then preferably compared with a corresponding target position and adjusted if necessary. If the tempering roller arrangement 1 is designed as a cooling roller arrangement, cooling water preferably forms the tempering fluid.
  • the cooling water is able to flow through the rotary drive 3, in particular the rotor 22 and stator 23, and the bearing arrangement 27 and, advantageously, also the angle of rotation sensor 36 and to cool them, in particular from the radial inside, which increases their service life.
  • the cooling water also flows through and cools the roller shell 10, which leads to cooling of the material web guided around the roller shell 10 or lying on the outside of it.
  • the tempering roller 2 provides a constant temperature profile on its outside.
  • the external cooling leads to a particularly long service life.
  • the cooling water preferably also flows through and cools the further bearing arrangement 37.
  • the cooling water absorbs thermal energy from the part to be cooled or cooled and is heated.
  • the cooling water is cooled again in the at least one heat exchanger 41.
  • the tempering roller arrangement 1 is designed as a heating roller arrangement, water vapor, for example, forms the tempering fluid.
  • the water vapor is able to flow through the rotary drive 3, in particular the rotor 22 and stator 23, and the bearing arrangement 27 and, advantageously, also the angle of rotation sensor 36.
  • the water vapor also flows through the roller shell 10, which leads to heating of the material web guided around the roller shell 10 or lying on the outside of it.
  • the water vapor also flows through the further bearing arrangement 37.
  • the water vapor cools down as it flows through the roller shell 10 and is heated again.
  • two rotary drives 3 are assigned to the tempering roller 2.
  • the tempering roller 2 is then located, for example, between the two rotary drives 3.
  • Fig. 4 shows a printing system with several tempering rollers 2 that serve as cooling rollers. Reference is made to the previous description of these.
  • the printing system is capable of printing a preferably endless material web 42.
  • the printing system has a pre-coating device 43 which is capable of applying a pre-coating to the material web 42, at least on its printing side.
  • the printing unit 44 also comprises a printing unit 44 arranged downstream of the pre-coating device 43, which is designed, for example, as a digital printing unit and is capable of printing the material web 42.
  • the printing unit 44 has a tempering roller 2 and a print head 45 arranged adjacent to it.
  • the coated material web 42 is guided around the outside of the tempering roller 2, which also forms a printing roller.
  • the material web 42 is printed on its printing side in a printing gap between the tempering roller 2 and the print head 45.
  • the material web 42 which lies on the outside of the roller shell 10, in particular flatly, is cooled in the process. Thermal energy can thus be dissipated from the material web 42.
  • In the printing unit 44 there is a high flow of cooling water and at the same time a high rigidity of the entire drive system.
  • the printed material web 42 then runs through a drying device 46 of the printing system, where the printed material web 42 is heated.
  • the dried material web 42 is then cooled in a cooling device 47 of the printing system, which comprises two tempering rollers 2.
  • the material web 42 is guided around the tempering rollers 2 in the cooling device 47.
  • the material web 42 lies there on the outside, in particular flatly, against the roller shell 10 of the respective tempering roller 2, so that it is cooled. Thermal energy can thus be dissipated from the material web 42.
  • the cooling device 47 there is a high flow of cooling water and at the same time a high rigidity of the entire drive system.
  • the tempering roller 2 can be used, for example, in a corrugated cardboard plant, for example as a cross-cutter roller, heating roller or the like.
  • no tempering fluid circuit is present.
  • the tempering roller 2 is therefore not integrated into a tempering fluid circuit.

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Abstract

Eine Temperierwalzen-Anordnung umfasst eine Temperierwalze (2) zum Temperieren einer bewegten Materialbahn (42). Die Temperierwalze (2) hat einen Walzenkörper (6), einen mit dem Walzenkörper (6) in Verbindung stehenden ersten Walzenzapfen (7) und zweiten Walzenzapfen (8) zum Lagern des Walzenkörpers (6), mindestens einen Temperierfluid-Einlass (15) für ein Temperierfluid auf einer ersten Seite der Temperierwalze (2) und mindestens einen mit dem mindestens einen Temperierfluid-Einlass (15) in Strömungsverbindung stehenden Temperierfluid-Auslass (21) für das Temperierfluid auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Temperierwalze (2). Die Temperierwalzen-Anordnung umfasst außerdem einen mit der Temperierwalze (2) in Antriebsverbindung stehenden, einen Rotor (22) aufweisenden Drehantrieb (3) zum Drehantreiben der Temperierwalze (2).

Description

Temperierwalzen-Anordnung
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 211 429.9 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Temperierwalzen- Anordnung zum Temperieren einer bewegten Materialbahn. Ferner richtet sich die Erfindung auf eine Druckanlage mit mindestens einer derartigen Temperierwalzen- Anordnung.
Durch offenkundige Vorbenutzung sind Temperierwalzen- Anordnung en hinreichend bekannt. In deren Temperierwalzen wird im Allgemeinen von einer Seite ein Temperierfluid eingeführt und von der gleichen Seite wieder abgeführt. Die Temperierleistung derartiger Temperierwalzen ist beschränkt, was nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen. Es soll eine Temperierwalzen- Anordnung geschaffen werden, die im Betrieb besonders leistungsstark ist, d.h. eine äußerst große Temperierleistung hat. Ferner soll die Temperierwalzen- Anordnung im Betrieb besonders wirtschaftlich sein. Eine entsprechende Druckanlage soll außerdem geliefert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Hauptansprüchen 1 und 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Der Kem der Erfindung liegt in der Anordnung des mindestens einen Temperierfluid-Einlasses und Temperierfluid- Auslasses auf gegenüberliegenden Seiten der Temperierwalze, was im Betrieb einen besonders hohen Temperierfluid- Strom in der Temperierwalze erlaubt und so in Abhängigkeit der Ausbildung bzw. dem Einsatz der Temperierwalzen- Anordnung eine äußerst hohe Energieabführung von der Materialbahn bzw. Energiezufuhr zu der Materialbahn ermöglicht. Der mindestens eine Temperierfluid-Einlass und Temperierfluid- Auslass sind bevorzugt beabstandet zueinander angeordnet und günstigerweise einander abgewandt. Es ist von Vorteil, wenn sie jeweils endseitig in Bezug auf die Temperierwalze angeordnet sind.
Die Temperierwalzen- Anordnung ist beispielsweise als Kühlwalzen- Anordnung zum Kühlen der Materialbahn ausgeführt. Alternativ ist sie zum Beispiel als Heizwalzen-Anordnung zum Erwärmen der Materialbahn ausgebildet.
Das Temperierfluid ist beispielsweise eine Flüssigkeit und/oder ein Gas. Vorzugsweise ist das Temperierfluid Wasser oder enthält Wasser.
Es ist zweckmäßig, wenn die Materialbahn aus Papier oder Pappe besteht. Sie kann einlagig oder mehrlagig sein. Die Materialbahn wird bevorzugt im Betrieb, insbesondere kontinuierlich, gefördert. Sie ist beispielsweise eine Druckbahn, bedruckte bzw. bedruckbare Bahn. Es ist von Vorteil, wenn sie eine Wellpappebahn ist oder aus dieser eine Wellpappe(bahn) herstellbar ist.
Günstigerweise steht die Temperierwalze im Betrieb bzw. bei der Temperierung mit der Materialbahn in direkter, insbesondere flächiger, Verbindung, insbesondere Wärmeleitverbindung. Die Temperierwalze erstreckt sich bevorzugt senkrecht oder schräg zu der Materialbahn und rotiert vor- zugsweise im Betrieb. Es ist von Vorteil, wenn die Temperierwalze im Betrieb eine Dreh- bzw. Rotationsrichtung aufweist und sich die Temperierwalze benachbart zu der Materialbahn in einer Tangentialrichtung bewegt, die dort einer Transportrichtung der Materialbahn entspricht. Günstigerweise hat die Temperierwalze eine Tangentialgeschwindigkeit, die identisch mit der Transportgeschwindigkeit der Materialbahn ist.
Der Walzenkörper umfasst vorzugsweise einen Walzenmantel. Er hat bevorzugt eine degressive Steigung. Es ist von Vorteil, wenn der Walzenmantel einen konstanten Außendurchmesser und/oder konstanten Innendurchmesser aufweist. Vorzugsweise weist er eine Breite auf, die größer als eine Breite der Materialbahn ist. Er ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgeführt. Es ist zweckmäßig, wenn sich zwei Endteile bzw. Seitenteile an den Walzenmantel endseitig anschließen und sich einander gegenüberliegend erstrecken. Die Endteile verlaufen günstigerweise beabstandet und parallel zueinander. Beispielsweise sind der Walzenmantel und die Endteile einstückig miteinander verbunden. Alternativ sind sie ursprünglich separat ausgeführt. Es ist zweckmäßig, wenn die Temperierwalze als Doppelmantelwalze ausgebildet ist.
Die Walzenzapfen bilden bevorzugt eine, günstigerweise horizontale, Lagerachse aus. Die Walzenzapfen und der Walzenkörper sind beispielsweise einteilig miteinander verbunden. Alternativ sind sie ursprünglich separat ausgeführt.
Die Strömungsverbindung zwischen dem mindestens einem Temperierfluid-Einlass und Temperierfluid- Auslass ist beispielsweise durch mindestens eine/n Temperierfluid- Kanal, -Leitung, -Innenraum oder dergleichen der Temperierwalze gebildet. Der mindestens eine Temperierfluid-Einlass und Temperierfluid- Auslass stehen beispielsweise in indirekter Strömungsverbindung miteinander.
Es ist von Vorteil, wenn der Drehantrieb als Elektro-Drehantrieb ausgeführt und imstande ist, elektrische Leistung in eine Rotations- bzw. Drehbewegung umzuwandeln. Er ist bevorzugt getriebelos. Aufgrund des Drehantriebs der Temperierwalze bildet die Temperierwalze im Betrieb vorzugsweise eine Materialbahn-Transportwalze. Die Temperierwalze ist günstigerweise imstande, die Materialbahn zu transportieren bzw. zu bewegen. Sie erlaubt bevorzugt eine Führung der Materialbahn. Sie ist beispielsweise imstande, die Materialbahn umzulenken bzw. auszulenken.
Die Druckanlage ist beispielsweise Bestandteil einer Wellpappeanlage. Alternativ ist sie zum Beispiel einer Wellpappeanlage vorgeordnet. Die Druckanlage ist vorzugsweise als Digital-Druckanlage ausgebildet und imstande, die Materialbahn zu bedrucken.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der mindestens eine Temperierfluid-Einlasskanal gemäß dem Unteranspruch 2 verläuft vorzugsweise in dem ersten Walzenzapfen gerade, was strömungstechnisch vorteilhaft ist und einen besonders großen Temperierfluid-Strom erlaubt. Druckverluste sind vergleichsweise klein. Er ist bevorzugt umfangsseitig geschlossen und günstigerweise im Querschnitt kreisförmig. Eine Querabmessung des mindestens einen Temperierfluid-Ein- lasskanals ist bevorzugt konstant. Es ist zweckmäßig, wenn sich der mindestens eine Temperierfluid-Einlasskanal in dem ersten Walzenzapfen zentral axial erstreckt. Vorzugsweise ist nur ein einziger Temperierfluid- Einlasskanal vorhanden. Ein Durchmesser des Temperierfluid-Einlasskanals liegt vorzugsweise zwischen 30% und 80% eines Außendurchmessers des ersten Wellenzapfens. Der erste Walzenzapfen ist bevorzugt (im Wesentlichen) hohlzylindrisch ausgeführt.
Der mindestens eine Temperierfluid- Auslasskanal gemäß dem Unteranspruch 3 verläuft vorzugsweise in dem zweiten Walzenzapfen gerade, was strömungstechnisch vorteilhaft ist und einen besonders großen Temperierfluid-Strom erlaubt. Druckverluste sind vergleichsweise klein. Er ist bevorzugt umfangsseitig geschlossen und günstigerweise im Querschnitt kreisförmig. Eine Querabmessung des mindestens einen Temperierfluid- Auslasskanals ist bevorzugt konstant. Es ist zweckmäßig, wenn sich der mindestens eine Temperierfluid- Auslasskanal in dem zweiten Walzenzapfen zentral axial erstreckt. Vorzugsweise ist nur ein einziger Temperierfluid- Auslasskanal vorhanden. Ein Durchmesser des Temperierfluid- Auslasskanals liegt vorzugsweise zwischen 30% und 80% eines Außendurchmessers des zweiten Wellenzapfens. Der zweite Walzenzapfen ist bevorzugt (im Wesentlichen) hohlzylindrisch ausgeführt.
Gemäß dem Unteranspruch 4 ist der Drehantrieb als Hohlwellenantrieb ausgebildet. Beispielsweise bildet eine Hohlwelle des Hohlwellenantriebs den Rotor. Der Drehantrieb steht bevorzugt mit der Temperierwalze in direkter Antriebs Verbindung.
Die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 5 führt zu einem Drehantrieb, der die Temperierfluid- Strömung in dem benachbarten Walzenzapfen unbeeinflusst lässt. Der Drehantrieb steht so nicht wie bei Temperierwalzen-Anordnungen des Stands der Technik im Wege und behindert bzw. beschränkt nicht eine Temperierfluid-Führung. Es ist zweckmäßig, wenn der Rotor direkt auf dem ersten oder zweiten Walzenzapfen angeordnet ist und mit diesem in drehfester Verbindung zum Drehantreiben der Temperierwalze steht. Die Temperierwalze ist günstigerweise direkt drehantreibbar. Der Drehantrieb ist bevorzugt ein Direktantrieb. Der Rotor und Stator sind (im Wesentlichen) jeweils hohlzylindrisch. Der Rotor ist vorzugsweise als Innenläufer ausgeführt. Es ist zweckmäßig, wenn er eine Vielzahl von Rotorlamellen, insbesondere aus Blech, umfasst. Günstigerweise weist der Stator eine Permanentmagnetanordnung und/oder Elektromagnetanordnung auf. Er ist bevorzugt imstande, im Betrieb ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Rotor erfasst und auf diesen einwirkt. Im Betrieb durchströmt das Temperierfluid den Drehantrieb, insbesondere dessen Rotor und Stator und ist bevorzugt imstande, diesen zu temperieren. Dies ist vor allem der Fall, wenn das Temperierfluid ein Kühlfluid ist.
Der Drehwinkelsensor gemäß dem Unteranspruch 6 ist bevorzugt imstande, eine mechanische Winkelposition des Rotors bzw. der Temperierwalze in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Mithilfe des Drehwinkelsensors ist vorzugsweise der Drehantrieb exakt einstellbar bzw. betätigbar, insbesondere regelbar. Es ist von Vorteil, wenn der Drehwinkelsensor als induktiver oder potentiometrischer oder optisch arbeiten- der/abtastender Drehwinkelsensor ausgebildet ist. Es ist zweckmäßig, wenn der Drehwinkelsensor modular ausgeführt ist. Günstigerweise ist er skalierbar und/oder einstellbar. Vorzugsweise ist der Drehwinkelsensor, insbesondere zum Schutz vor Schmutz, mit (Luft)Überdruck gegenüber der Umgebung gekapselt.
Der Drehwinkelsensor gemäß dem Unteranspruch 7 erlaubt eine besonders präzise bzw. exakte Einstellung bzw. Regelung der Temperierwalze. Insbesondere ist der Drehwinkelsensor benachbart zu dem Walzenkörper, also einer Last, angeordnet. Er ist lastseitig in Bezug auf den Drehantrieb angeordnet.
Die Ausführungen zu dem Unteranspruch 7 gelten im Wesentlichen analog auch für den Unteranspruch 8.
Der Drehwinkelsensor gemäß dem Unteranspruch 9 ist bevorzugt ringförmig und umläuft den den Drehantrieb tragenden Walzenzapfen. Im Betrieb durchströmt das Temperierfluid den Drehwinkelsensor und ist bevorzugt imstande, diesen zu temperieren. Dies ist vor allem der Fall, wenn das Temperierfluid ein Kühlfluid ist.
Die Lageranordnung gemäß dem Unteranspruch 10 ist bevorzugt als Wälzlageranordnung, insbesondere Kugellageranordnung, ausgeführt und umfasst mindestens ein Lager. Sie umläuft günstigerweise den den Drehantrieb tragenden Walzenzapfen. Die Lageranordnung ist vorzugsweise als Festlageranordnung oder Loslageranordnung ausgebildet. Es ist von Vorteil, wenn im Betrieb das Temperierfluid die Lageranordnung durchströmt und imstande ist, diese zu temperieren. Dies ist vor allem der Fall, wenn das Temperierfluid ein Kühlfluid ist.
Es ist zweckmäßig, wenn die Temperierwalzen- Anordnung mindestens eine weitere Lageranordnung zum Lagern der Temperierwalze aufweist. Die mindestens eine weitere Lageranordnung ist bevorzugt dem anderen Walzenzapfen zugeordnet und umläuft diesen vorzugsweise. Sie ist günstigerweise als Wälzlageranordnung, insbesondere Kugellageranordnung, ausgeführt und umfasst mindestens ein Lager. Es ist zweckmäßig, wenn im Betrieb das Temperierfluid die weitere Lageranordnung durchströmt und imstande ist, diese zu temperieren. Dies ist vor allem der Fall, wenn das Temperierfluid ein Kühlfluid ist.
Die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 11 ist besonders platzsparend. Ferner ist eine besonders steife Anbindung möglich. Das Gehäuse schützt zum Beispiel den Drehantrieb, die Lageranordnung und den Drehwinkelsensor. Es ist günstigerweise formstabil und besteht beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder dergleichen. Vorzugsweise ist das Gehäuse, zum Beispiel für Wartungs- bzw. Montage/Demontagearbeiten, öffenbar.
Die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 13 erlaubt einen besonders hohen Temperierfluid- Strom, was wiederum zu einer besonders leistungsstarken Temperierwalzen- Anordnung hinsichtlich Temperierung führt.
Gemäß dem Unteranspruch 14 hat die Temperierwalzen- Anordnung einen Temperierfluid-Kreislauf. Es ist zweckmäßig, wenn in den Temperierfluid- Kreislauf mindestens eine Temperiervorrichtung, wie ein Wärmetauscher, zum entsprechenden Temperieren des Temperierfluids eingesetzt bzw. integriert ist. Die mindestens eine Temperiervorrichtung ist vorzugsweise be- abstandet zu der Temperierwalze angeordnet. Es ist von Vorteil, wenn der Temperierfluid-Kreislauf mindestens ein Temperierfluid-Fördermittel, wie Pumpe, zur Förderung des Temperierfluids aufweist. Vorzugsweise ist auch ein mindestens ein Temperierfluid- Vorratsbehälter vorhanden. Der Temperierfluid-Kreislauf ist beispielsweise als offener oder geschlossener T emperierfluid-Kreislauf aufgebildet.
Alternativ liegt kein Temperierfluid-Kreislauf vor. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teil- Schnittansicht einer erfindungsgemäßen T emperierwalzen- Anordnung,
Fig. 2 im Wesentlichen einen Längsschnitt durch den in Fig. 2 veranschaulichten Drehantrieb, Drehwinkelsensor und die Lageranordnung der Temperierwalzen- Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht, die die veranschaulichte Temperierwalzen- Anordnung in ihrer Gesamtheit in einem Temperierfluid-Kreislauf zeigt, und
Fig. 4 eine vereinfachte Druckanlage mit gezeigten Temperierwalzen
Zunächst Bezug nehmend auf Figuren 1 bis 3, umfasst eine Temperierwalzen-Anordnung 1 eine Temperierwalze 2 und einen Drehantrieb 3 zum Drehantreiben der Temperierwalze 2 im Betrieb, also insbesondere bei einer Bearbeitung bzw. Verarbeitung einer Materialbahn.
Die Temperierwalzen- Anordnung 1 weist außerdem ein Gestell mit einer ersten Wand 4, wie Seitenwand, und einer zweiten Wand 5, wie Seitenwand, auf. Die Wände 4, 5 erstrecken sich parallel zueinander und vertikal. Sie sind beabstandet zueinander angeordnet und stützen sich gegenüber einem Boden (nicht dargestellt), wie Hallenboden, ab.
Die Temperierwalze 2 hat einen Walzenkörper 6. Ferner umfasst sie einen ersten Walzenzapfen 7 und einen zweiten Walzenzapfen 8, die mit dem Walzenkörper 6 zum Beispiel in einstückiger Verbindung stellen und von diesem in gegensinnigen Richtungen vorspringen. Der erste Walzenzapfen 7 ist (im Wesentlichen) hohlzylindrisch. Auch der zweite Walzenzapfen 8 ist (im Wesentlichen) hohlzylindrisch. Die Walzenzapfen 7, 8 fluchten miteinander. Der Walzenkörper 6 und die Walzenzapfen 7, 8 bilden eine Längsmittelachse 9 aus, die auch eine Drehachse der Temperierwalze 2 bildet.
Der Walzenkörper 6 wiederum weist einen Walzenmantel 10 auf, der im Querschnitt kreisringförmig ist und sich um die Längsmittelachse 9 erstreckt. Der Walzenmantel 10 ist hohlzylindrisch und hat außenseitig eine Materialbahn-Kontaktfläche bzw. Materialbahn-Führungsfläche für die Materialbahn.
Der Walzenkörper 6 umfasst außerdem ein erstes Endteil 11 und ein zweites Endteil 12, die jeweils (im Wesentlichen) kreisscheibenförmig ausgeführt sind und parallel zueinander verlaufen. Das erste Endteil 11 schließt sich endseitig an den ersten Walzenzapfen 7 und den Walzenmantel 10 an und steht mit diesen zum Beispiel in einteiliger Verbindung. Das zweite Endteil 12 schließt sich endseitig an den zweiten Walzenzapfen 8 und den Walzenmantel 10 an und steht mit diesen beispielsweise in einteiliger Verbindung.
Die Endteile 11, 12 und der Walzenmantel 10 begrenzen räumlich einen Innenraum 13 nach radial außen und in Richtung der Längsmittelachse 9, der zylindrisch ist. Ferner hat die Temperierwalze 2 ein inneres Kanalsystem für ein Tempe- rierfluid.
Dazu ist in dem ersten Walzenzapfen 7 ein Einlasskanal 14 ausgebildet, der im Querschnitt kreisförmig ist. Der Einlasskanal 14 erstreckt sich längs der Längsmittelachse 9 gerade und um diese. Er ist in dem ersten Walzenzapfen 7 zentral angeordnet und nach radial außen bzw. umfangsseitig begrenzt. Der Einlasskanal 14 bildet einen Einlass bzw. eine Einlassöffnung 15 aus, der/die dem ersten Endteil 11 abgewandt ist. Der Einlass 15 ist in einer freien Stirnseite des ersten Walzenzapfens 7 ausgebildet. Der Einlasskanal 14 erstreckt sich bis in das erste Endteil 11.
In dem ersten Endteil 11 sind mehrere erste Radialkanäle 16 angeordnet, die sich an den ersten Einlasskanal 14 anschließen und von diesem aus bzw. gegenüber der Längsmittelachse 9 gerade nach radial außen verlaufen. Sie sind bevorzugt im Querschnitt kreisförmig und zum Beispiel gleichmäßig angular beabstandet zueinander angeordnet. Sie sind umfangsseitig begrenzt.
In einer Wandung 17 des Walzenmantels 10 bzw. in dem Walzenmantel 10 selbst sind mehrere Axialkanälen 18 angeordnet, die vorzugsweise umfangsseitig gleichmäßig beabstandet zueinander um die Längsmittelachse 9 angeordnet sind. Die Axialkanäle 18 erstrecken sich parallel zu der Längsmittelachse 9 und beabstandet zu dieser. Sie verlaufen gerade und stehen mit den ersten Radialkanälen 16 in direkter oder indirekter Strömungsverbindung. Es ist zweckmäßig, wenn jeder Axialkanal 18 einen kreisringförmigen Querschnitt hat und umfangsseitig begrenzt ist. Beispielsweise ist die Anzahl der Axialkanäle 18 und ersten Radialkanäle 16 identisch. In dem zweiten Endteil 12 sind mehrere zweite Radialkanäle 19 angeordnet, die mit den Axialkanälen 18 in direkter oder indirekter Strömungsver- bindung stehen. Die zweiten Radialkanäle 19 erstrecken sich gerade und radial in Bezug auf die Längsmittelachse 9. Sie sind bevorzugt im Querschnitt kreisförmig und umfangsseitig begrenzt. Beispielsweise ist die Anzahl der Axialkanäle 18 und zweiten Radialkanäle 19 identisch.
In dem zweiten Walzenzapfen 8 ist ein Auslasskanal 20 ausgebildet, in welchen die zweiten Radialkanäle 19 ausmünden. Der Auslasskanal 20 ist im Querschnitt kreisförmig. Er erstreckt sich längs der Längsmittelachse 9 gerade und um diese. Der Auslasskanal 20 ist in dem zweiten Walzenzapfen 8 zentral angeordnet und nach radial außen begrenzt. Der Auslasskanal 20 bildet einen Auslass 21 bzw. eine Auslassöffnung aus. Der Auslass 21 ist dem zweiten Endteil 12 und dem Einlass 15 abgewandt. Er ist in einer freien Stirnseite des zweiten Walzenzapfens 8 ausgebildet. Der Auslass 21 und Einlass 15 sind beabstandet zueinander angeordnet. Sie sind in unterschiedlichen Walzenzapfen 7, 8 angeordnet. Auch der Einlasskanal 14 und Auslasskanal 20 sind in unterschiedlichen Walzenzapfen 7, 8 angeordnet. Der Einlasskanal 14 und Auslasskanal 20 fluchten miteinander.
Ein Temperierfluid, wie Wasser, ist im Betrieb imstande, über den Einlass 15 in den Einlasskanal 14 bzw. den ersten Walzenzapfen 7 einzuströmen. Das Temperierfluid strömt über den Einlasskanal 14 in dem ersten Walzenzapfen 7 in das erste Endteil 11. In einem ersten Übergangsbereich zwischen dem Einlasskanal 14 und den ersten Radialkanälen 16 wird es, bevorzugt um (ca.) 90°, umgelenkt und strömt dann in dem ersten Endteil 11 in den ersten Radialkanälen 16 nach radial außen, d.h. weg von der Längsmittelachse 9. Das Temperierfluid wird anschließend in einem zweiten Übergangsbereich zwischen den ersten Radialkanälen 16 und den Axialkanälen 18, bevorzugt um (ca.) 90°, umgelenkt und strömt dann in dem Walzenmantel 10 in den Axialkanälen 18 in Richtung auf das zweite Endteil 12. Es strömt parallel zu der Längsmittelachse 9 und beabstandet zu dieser. Das Temperierfluid wird danach in einem dritten Übergangsbereich zwischen den Axialkanälen 18 und den zweiten Radialkanälen 19, bevorzugt um (ca.) 90°, umgelenkt und strömt in dem zweiten Endteil 12 in den zweiten Radialkanälen 19 in Richtung auf den Auslasskanal 20 bzw. die Längsmittelachse 9. In einem vierten Übergangsbereich zwischen den zweiten Radialkanälen 19 und dem Auslasskanal 20 wird das Temperierfluid, bevorzugt um (ca.) 90°, umgelenkt und strömt in dem Auslasskanal 20 in dem zweiten Walzenzapfen 8 zu dem Auslass 21, d.h. weg von dem Einlass 15. Dort verlässt das Temperierfluid die Temperierwalze 2.
Der Drehantrieb 3, der als Elektro-Drehantrieb ausgeführt ist, ist auf dem ersten Walzenzapfen 7 beabstandet zu dem ersten Endteil 11 angeordnet. Er erstreckt sich (im Wesentlichen) von dem Einlass 15 aus in Richtung auf das erste Endteil 11. Der Drehantrieb 3 hat einen inneren Rotor 22, der sich umfangsseitig bzw. außenseitig direkt an den ersten Walzenzapfen 7 anschließt und mit diesem, beispielsweise über eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung, wie Schraubverbindung, Nut-Feder- Verbindung oder dergleichen, in drehfester Verbindung steht. Der Rotor 22 ist hohlzylindrisch und erstreckt sich um die Längsmittelachse 9. Der Drehantrieb 3 weist außerdem einen äußeren Stator 23 auf, der sich um den Rotor 22 erstreckt und diesen umfangsseitig umläuft. Der Stator 23 ist hohlzylindrisch ausgeführt. Zwischen dem Drehantrieb 3 und der Temperierwalze 2 liegt eine besonders hohe Steifigkeit bzw. steife Verbindung vor, sodass ungewollte Schwingungen und Soll-Positionsabweichungen des Walzenmantels 6 im Betrieb, zum Beispiel in einem Druckbetrieb, unterbunden bzw. reduziert sind.
Die Temperierwalzen- Anordnung 1 umfasst ein Gehäuse 24, das von der ersten Wand 4 getragen und an dieser angeordnet ist. Das Gehäuse 24 springt von der ersten Wand 4 beidseitig längs der Längsmittelachse 9 vor und ist im Betrieb benachbart zu dem Einlass 15 von einem, bevorzugt abnehmbaren, Deckel 25 geschlossen, der kreisringförmig ist. Auf der dem ersten Endteil 11 zugewandten Seite hat das Gehäuse 24 eine kreisringförmige Wandung 26. Das Gehäuse 24 umgibt den ersten Walzenzapfen 7 zumindest bereichsweise umfangsseitig.
Der Drehantrieb 3 ist in dem Gehäuse 24 untergebracht. Der Stator 23 ist von dem Gehäuse 24 getragen. Er schließt sich innenseitig, direkt oder indirekt, an das Gehäuse 24 an und ist ortsfest.
In dem Gehäuse 24 ist außerdem eine (erste) Lageranordnung 27 untergebracht, die sich zwischen dem ersten Endteil 11 und dem Drehantrieb 3 befindet. Die Lageranordnung 27 ist als Festlageranordnung ausgeführt. Sie umfasst ein erstes Kugellager 28 und ein zweites Kugellager 29, die benachbart zueinander angeordnet sind und beispielsweise stimseitig aneinander anliegen. Es ist von Vorteil, wenn die Kugellager 28, 29 als Schrägkugellager ausgeführt sind. Die Lageranordnung 27 ist benachbart zu der ersten Wand 4 angeordnet.
Jedes Kugellager 28, 29 hat einen Innenring 30 bzw. 31, der auf dem ersten Walzenzapfen 7 sitzt und mit diesem in drehfester Verbindung steht. Fer- ner weist jedes Kugellager 28, 29 einen Außenring 32 bzw. 33 bzw. ein Lagergehäuse auf, der/das sich um den jeweiligen Innenring 30 bzw. 31 erstreckt und von dem Gehäuse 24 gehalten ist. Jedes Kugellager 28, 29 umfasst außerdem eine Vielzahl von Lagerkugeln 34 bzw. 35, die zwischen dem Innenring 30 bzw. 31 und Außenring 32 bzw. 33 des jeweiligen Kugellagers 28 bzw. 29 angeordnet und von einem entsprechenden Käfig gehalten sind.
Zwischen der Lageranordnung 27 und dem ersten Endteil 11 befindet sich ein Drehwinkelsensor 36, der benachbart zu der Lageranordnung 27 und beabstandet zu dem ersten Endteil 11 angeordnet ist. Der Drehwinkelsensor 36 sitzt auf dem ersten Walzenzapfen 7 und umläuft diesen. Er ist ebenfalls in dem Gehäuse 24 untergebracht und erstreckt sich benachbart zu der Wandung 26. Der Drehwinkelsensor 36 hat einen ortsfesten Lesekopf, der günstigerweise mit dem Lagergehäuse des benachbarten Kugellagers 29 fest verbunden ist. Vorzugsweise umfasst er außerdem einen Teilungsträger, der benachbart zu dem Lesekopf angeordnet ist und mit dem ersten Walzenzapfen 7 in drehfester Verbindung steht. Beispielsweise ist ein weiterer Lesekopf vorhanden bzw. hat der Drehwinkelsensor 36 einen weiteren Lesekopf, um Rundlauftoleranzen des ersten Walzenzapfens 7 zu kompensieren.
Der Drehantrieb 3, die Lageranordnung 27 und der Drehwinkelsensor 36 sind längs der Längsmittelachse 9 auf/an dem erstem Walzenzapfen 7 angeordnet.
Auf dem zweiten Walzenzapfen 8 sitzt eine weitere (zweite) Lageranordnung 37, die als Kugellager ausgebildet ist. Die weitere Lageranordnung 37 weist einen Innenring 38 und einen Außenring 39 sowie zwischen diesen angeordnete Lagerkugeln 40 auf. Der Innenring 38 sitzt auf dem zweiten Walzenzapfen 8 und steht mit diesem in drehfester Verbindung. Der Außenring 39 ist von der zweiten Wand 5 getragen. Die Lagerkugeln 40 sind von einem Käfig gehalten. Die weitere Lageranordnung 37 ist benachbart zu der zweiten Wand 5 und dem Auslass 21 angeordnet. Sie ist als Loslager ausgeführt.
Nachdem die Temperierwalzen- Anordnung 1 ohne Getriebe bzw. Kupplung auskommt, führt dies zu einer besonders hohen (System) Steifigkeit. Zwischen dem Drehantrieb 3 und dem Walzenkörper 6 liegt, insbesondere stets, eine (dreh)steife bzw. (dreh)feste Verbindung vor.
Nachdem der erste Walzenzapfen 7 nur für eine Temperierfluid-Zufuhr zuständig und der zweite Walzenzapfen 8 nur für eine Temperierfluid- Abfuhr zuständig ist, stehen dem Temperierfluid besonders hohe Durchflussquerschnitte zur Verfügung, was im Betrieb eine äußerst effiziente Energieübertragung erlaubt.
Wie Fig. 3 zeigt, ist die Temperierwalzen- Anordnung 1 in einen Tempe- rierfluid-Kreislauf eingebunden, in dem sich mindestens ein Wärmetauscher 41, bevorzugt mehrere, wie zwei, Wärmetauscher, befindet und das Temperierfluid im Betrieb strömt. Der Auslass 21 steht mit einem Wärmetauscher-Eingang des mindestens einen Wärmetauschers 41, direkt oder indirekt, in Strömungsverbindung. Ein Wärmetauscher- Ausgang des mindestens einen Wärmetauschers 41 steht mit dem Einlass 15, direkt oder indirekt, in Strömungsverbindung.
Nachfolgend wird der Betrieb der Temperierwalzen- Anordnung 1 beschrieben. Der Drehantrieb 3 ist stromdurchflossen. Der Stator 23 erzeugt im Betrieb ein Magnetfeld. Der zugeordnete Rotor 22 wird so drehangetrieben und dreht sich innerhalb des Stators 23 um die Längsmittelachse 9, was zu einem entsprechenden Drehantrieb der Temperierwalze 2 um die Längsmittelachse 9 führt.
Wie bereits erwähnt, tritt das Temperierfluid über den Einlass 15 in den ersten Walzenzapfen 7 ein und strömt in dem Einlasskanal 14 in Richtung auf die ersten Radialkanäle 16. Die Temperierwalze 2 rotiert dabei. Sie ist drehantreibbar und gleichzeitig durchströmbar. Das Temperierfluid durchströmt den Drehantrieb 3, insbesondere dessen Rotor 22 bzw. Stator 23, die Lageranordnung 27 und den Drehwinkelsensor 36. Es strömt über den Walzenkörper 6 in den zweiten Walzenzapfen 8, wo es die weitere Lageranordnung 37 durchströmt. Das Temperierfluid verlässt dann die Temperierwalze 2 und strömt über den mindestens einen Wärmetauscher 41 wieder zurück zu dem Einlass 15.
Der Teilungsträger rotiert um die Längsmittelachse 9 und bewegt sich an dem Lesekopf vorbei. Bei einem Servoantrieb wird die Drehposition des ersten Walzenzapfens 7 bzw. der Temperierwalze 2 bzw. des Rotors 22 über den Drehwinkelsensor 36 ermittelt. Diese aktuelle Position des ersten Walzenzapfens 7 bzw. der Temperierwalze 2 bzw. des Rotors 22 wird, günstigerweise fortlaufend, an eine Servoreglereinrichtung übertragen. In einer Servoelektronik wird dann bevorzugt die aktuelle Position des ersten Walzenzapfens 7 bzw. der Temperierwalze 2 bzw. des Rotors 22 mit einer entsprechenden Sollposition verglichen und gegebenenfalls nachgeregelt. Wenn die Temperierwalzen- Anordnung 1 als Kühlwalzen- Anordnung ausgeführt ist, bildet Kühlwasser bevorzugt das Temperierfluid. Das Kühlwasser ist imstande, den Drehantrieb 3, insbesondere den Rotor 22 und Stator 23, und die Lageranordnung 27 sowie günstigerweise auch den Drehwinkelsensor 36 zu durchströmen und, insbesondere von radial innen, zu kühlen, was deren Standzeit erhöht. Auch der Walzenmantel 10 wird von dem Kühlwasser durchströmt und gekühlt, was zu einer Kühlung der um den Walzenmantel 10 geführten bzw. an diesem außen anliegenden Materialbahn führt. Günstigerweise liefert die Temperierwalze 2 ein konstantes Temperaturprofil auf ihrer Außenseite. Die außenliegende Kühlung führt zu einer besonders hohen Standzeit. Vorzugsweise wird auch die weitere Lageranordnung 37 von dem Kühlwasser durchströmt und gekühlt. Das Kühlwasser nimmt Wärmeenergie von dem zu kühlenden bzw. gekühlten Teil auf und wird erwärmt. In dem mindestens einen Wärmetauscher 41 wird das Kühlwasser wieder abgekühlt.
Wenn die Temperierwalzen- Anordnung 1 als Heizwalzen- Anordnung ausgeführt ist, bildet Wasserdampf zum Beispiel das Temperierfluid. Der Wasserdampf ist imstande, den Drehantrieb 3, insbesondere den Rotor 22 und Stator 23, und die Lageranordnung 27 sowie günstigerweise auch den Drehwinkelsensor 36 zu durchströmen. Auch der Walzenmantel 10 wird von dem Wasserdampf durchströmt, was zu einer Erwärmung der um den Walzenmantel 10 geführten bzw. an diesem außen anliegenden Materialbahn führt. Vorzugsweise wird auch die weitere Lageranordnung 37 von dem Wasserdampf durchströmt. Der Wasserdampf kühlt sich bei dem Durchströmen des Walzenmantels 10 ab und wird wieder erwärmt. Alternativ sind der Temperierwalze 2 beispielsweise zwei Drehantriebe 3 zugeordnet. Die Temperierwalze 2 befindet sich dann zum Beispiel zwischen den beiden Drehantrieben 3.
In Fig. 4 ist eine Druckanlage veranschaulicht mit mehreren Temperierwalzen 2, die als Kühlwalzen dienen. Auf deren vorherige Beschreibung wird verwiesen. Die Druckanlage ist imstande, eine, bevorzugt endlose, Materialbahn 42 zu bedrucken.
Die Druckanlage hat eine Vorbeschichtungsvorrichtung 43, die imstande ist, eine Vorbeschichtung auf die Materialbahn 42, zumindest auf deren Druckseite, aufzubringen.
Ferner umfasst sie eine der Vorbeschichtungsvorrichtung 43 nachgeordnete Druckeinheit 44, die beispielsweise als Digital-Druckeinheit ausgeführt und imstande ist, die Materialbahn 42 zu bedrucken. Die Druckeinheit 44 weist eine Temperierwalze 2 und einen benachbart zu dieser angeordneten Druckkopf 45 auf. Die beschichtete Materialbahn 42 wird außen um die Temperierwalze 2 geführt, die auch eine Druckwalze bildet. In einem Druckspalt zwischen der Temperierwalze 2 und dem Druckkopf 45 wird die Materialbahn 42 auf deren Druckseite bedruckt. Die Materialbahn 42, die an dem Walzenmantel 10 außenseitig, insbesondere flächig, anliegt, wird dabei gekühlt. Wärmeenergie ist so von der Materialbahn 42 abführbar. In der Druckeinheit 44 liegt ein hoher Durchfluss des Kühlwassers bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des gesamten Antriebssystems vor. Anschließend läuft die bedruckte Materialbahn 42 durch eine Trocknungsvorrichtung 46 der Druckanlage, wo die bedruckte Materialbahn 42 erwärmt wird.
Die getrocknete Materialbahn 42 wird danach in einer Kühlvorrichtung 47 der Druckanlage gekühlt, die zwei Temperierwalzen 2 umfasst. Die Materialbahn 42 ist in der Kühlvorrichtung 47 um die Temperierwalzen 2 geführt. Die Materialbahn 42 liegt dort außenseitig, insbesondere flächig, an dem Walzenmantel 10 der jeweiligen Temperierwalze 2 an, sodass diese gekühlt wird. Wärmeenergie ist so von der Materialbahn 42 abführbar. In der Kühlvorrichtung 47 liegt ein hoher Durchfluss des Kühlwassers bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des gesamten Antriebssystems vor.
Alternativ ist die Temperierwalze 2 beispielsweise in einer Wellpappeanlage, beispielsweise als Querschneiderwalze, Heizwalze oder dergleichen, einsetzbar.
Gemäß einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist kein Temperierfluid-Kreislauf vorhanden. Die Temperierwalze 2 ist somit nicht einen Temperierfluid-Kreislauf integriert.
Die hier verwendeten Ausdrücke „axial“, „radial“ oder dergleichen beziehen sich insbesondere auf die Längsmittelachse 9.

Claims

Patentansprüche
1. T emperierwalzen- Anordnung, umfassend a) eine Temperierwalze (2) zum Temperieren einer bewegten Materialbalm (42), wobei die Temperierwalze (2) aufweist i) einen Walzenkörper (6), ii) einen mit dem Walzenkörper (6) in Verbindung stehenden ersten Walzenzapfen (7) und zweiten Walzenzapfen (8) zum Lagern des Walzenkörpers (6), iii) mindestens einen Temperierfluid-Einlass (15) für ein Tempe- rierfluid auf einer ersten Seite der Temperierwalze (2), und iv) mindestens einen mit dem mindestens einen Temperierfluid- Einlass (15) in Strömungsverbindung stehenden Temperierfluid- Auslass (21) für das Temperierfluid auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Temperierwalze (2), und b) einen mit der Temperierwalze (2) in Antriebs Verbindung stehenden, einen Rotor (22) aufweisenden Drehantrieb (3) zum Drehantreiben der Temperierwalze (2).
2. Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Walzenzapfen (7) mindestens einen in den Walzenkörper (6) ausmündenden Temperierfluid-Einlasskanal (14) aufweist und den mindestens einen Temperierfluid-Einlass (15) ausbildet.
3. Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Walzenzapfen (8) mindestens einen von dem Walzenkörper (6) ausgehenden Temperierfluid- Auslasskanal (20) aufweist und den mindestens einen Temperierfluid- Auslass (21) ausbildet.
4. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (3) als Hohlwellenantrieb ausgebildet ist.
5. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) auf dem ersten oder zweiten Walzenzapfen (7, 8) angeordnet ist und der Drehantrieb (3) außerdem einen den Rotor (22) umgebenden Stator (23) aufweist.
6. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelsensor (36) zum Ermitteln einerjeweiligen Drehposition des Rotors (22).
7. Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (36) zwischen dem Drehantrieb (3) und dem Walzenkörper (6) angeordnet ist.
8. Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (36) auf einer dem Walzenkörper (6) zugewandten Seite des Drehantriebs (3) angeordnet ist.
9. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (36) auf dem den Drehantrieb (3) tragenden Walzenzapfen (7) angeordnet ist. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Drehwinkelsensor (36) und dem Drehantrieb (3) angeordnete Lageranordnung (27) zum Lagern der Temperierwalze (2). Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (24), in dem der Drehantrieb (3), die Lageranordnung (27) und der Drehwinkelsensor (36) jeweils zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, gemeinsam untergebracht sind. Temperierwalzen- Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Drehantrieb (3), die Lageranordnung (27) und der Drehwinkelsensor (36) von dem Temperierfluid durchströmbar sind. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der erste Walzenzapfen (7) und der zweite Walzenzapfen (8) jeweils nur unidirektional von dem Temperierfluid durchströmt sind. Temperierwalzen- Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperierfluid- Kreislauf. Druckanlage a) mit mindestens einer Temperierwalzen- Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, b) wobei die Temperierwalze (2) als Druckwalze zum Bedrucken der Materialbahn (42) und/oder Kühlzylinder zum Kühlen der bedruckten Materialbahn (42) ausgebildet ist.
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