DE4313379C2 - Heizwalze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizwalze für bahnartige Materialien, insbesondere Papier, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei solchen Heizwalzen unterscheidet man zwei Grundtypen, nämlich ein Walzen­ typ mit einem rohrförmigen Walzenkörper, bei dem das Heizmedium durch das hohle Innere des Walzenkörpers geleitet wird und dabei seine Wärmeenergie an das Innere des Walzenkörpers abgibt, oder ein Walzentyp mit einem massiven Walzenkörper, in den eine größere Anzahl axialer Bohrungen nahe bei der Wal­ zenoberfläche, also peripher, eingebracht ist. Ein Heizmedium durchströmt diese peripheren Bohrungen oder Leitungen, gibt seine Wärmeenergie an die Wände der Bohrungen oder Leitungen und damit an die Walzenoberfläche ab.

Heizwalzen mit peripheren Bohrungen sind bisher für flüssige Heizmedien, wie etwa Wasser und Thermalöl, eingesetzt worden, dabei kam jedoch ein besonders vorteilhafter Wärmeträger, nämlich Wasserdampf, bisher nicht in Betracht.

Dies liegt daran, daß der Wasserdampf innerhalb der Bohrungen bzw. Leitungen zumindest teilweise kondensiert, wobei er seine Wärme zu einem großen Teil bzw. insgesamt an den Walzenkörper, die Walzenoberfläche und damit an das zu bearbeitende, bahnartige Material abgibt. Das dabei entstehende Kondensat wird durch die meist bei Papierbearbeitungsmaschinen, z. B. Release-Superkalander, etc., auftretenden Zentrifugalkräfte in den Bohrungen bzw. Leitungen nach außen gedrückt, so daß das Kondensat nicht abfließen kann. Dadurch werden die Bohrungen während des Betriebs zunehmend mit Kondensat gefüllt, bis schließlich die gesamten Bohrungen durch Wasser verschlossen sind. Damit geht der Durchsatz an Wasserdampf und parallel dazu die Heizleistung der Heizwalze praktisch gegen Null. Die bekannte Heizwalze vom gattungsgemäßen Typ müßte in diesem Fall soweit abgebremst werden, daß die Zentrifugal- bzw. Fliehkräfte nicht mehr ausreichen, um das Wasser in den Bohrungen bzw. Leitungen zurückzuhalten. Im Extremfall müßte eine bekannte Walze vom gattungsgemäßen Typ sogar in den Stillstand versetzt werden, um das Kondensat zumindest aus den oben zu liegen kommenden Bohrungen ablaufen zu lassen. Es ist klar, daß sowohl während des Verstopfungsvorganges als auch während der nachfolgenden Abbrems- und Entlee­ rungsvorgänge in jedem Fall Situationen auftreten, die dazu führen, daß eine Heizwalze vom gattungsgemäßen Typ ungleichmäßig beheizt wird, so daß unregel­ mäßige Temperaturprofile entlang der Heizwalze auftreten, die zu thermisch bedingten Deformationen und Verspannungen etc. führen.

Aus derartigen Gründen ist bislang für den gattungsgemäßen Walzentyp Wasser­ dampf als Heizmedium nicht in Frage gekommen. Umgekehrt ist Wasserdampf jedoch ein ideales Heizmedium, da es innerhalb der Walze bevorzugt immer an den Stellen kondensiert und dort seine Heizleistung abgibt, an denen die kältesten Stellen auftreten. Damit ist durch diese Eigenschaft des Heizmediums selbst gewährleistet, daß immer ein angenähert oder auch exakt abgestimmt gleich­ mäßiges Temperaturprofil über die für die Bearbeitung des bahnartigen Materials wesentliche Oberfläche oder aber über die gesamte Oberfläche der Heizwalze vorhanden ist.

Demgegenüber bietet die Verwendung von Wasserdampf bei Heizwalzen des anderen Typs keine Probleme, da sich das zurückbleibende Kondensat in be­ kannter Weise entweder über einen stehenden oder einen sich mit der Walze drehenden handelsüblichen Syphon aus der Walze entfernen läßt.

Jedoch hat die gattungsgemäße Walze gegenüber der Walze des anderen Typs einen maßgeblichen Kostenvorteil, nämlich insofern, als die Heizwalzen des anderen Typs einen sehr großen, im Walzenkörper befindlichen Hohlraum auf­ weisen, und deshalb in vielen Ländern, z. B. den USA, besonders aufwendigen Abnahmebedingungen unterliegen, da sie als Druckbehälter gelten. Dabei ist zu bedenken, daß der Wasserdampfdruck bei einer Temperatur von ca. 211°C ungefähr 20 bar beträgt und bei einer Temperatur von ca. 249°C ungefähr bei 40 bar liegt. Jedoch gelten diese aufwendigen Abnahmebedingungen nicht für Behälter, die einen Innendurchmesser von kleiner als 6 Zoll, nämlich weniger als ca. 152,4 mm, aufweisen, wobei bei der Definition des Behälters jede der einzelnen axialen Bohrungen bzw. Leitungen des gattungsgemäßen Walzen- Typs als ein einzelner Behälter angesehen wird.

Damit ist folglich der Vorteil verbunden, daß bei gleichbleibender Qualität, Funktionalität und Betriebssicherheit eine Walze vom gattungsgemäßen Typ weitaus kostengünstiger hergestellt und angeboten werden kann als eine Wal­ ze des anderen Typs.

Zudem ist folgendes zu berücksichtigen: Um den Liniendrücken zu genügen, die z. B. bei Release-Superkalandern relativ hoch sein müssen, nämlich bis zu ca. 450 oder gar 500 kN/M und in Einzelfällen darüberhinaus, muß als Werk­ stoff für die Heizwalzen Stahl zu verwendet werden, zumal aus Gründen der Wärmeübertragung auf das Papier die Walzenwand möglichst dünn gehalten werden muß. Die Walzenwandung aus Stahl läßt sich zudem oberflächenhär­ ten. Damit jedoch wird in Verbindung mit den besonderen Abnahmebedingun­ gen der Herstellungsaufwand für Heizwalzen des anderen Typs nochmals er­ höht.

Ein Versuch, die mit der Kondensation des Heizmediums verbundenen Proble­ me zu vermeiden oder zumindest zu verringern, geht aus der gattungsbilden­ den AT-PS 387 248 hervor, die einen Außenmantel in Form eines Rohres auf­ weist. In diesen Außenmantel ist ein Kernzylinder eingeschrumpft. Selbst bei exaktester Fertigung der Außenkonturen des Kernzylinders ist es nicht mög­ lich, dafür zu sorgen, daß der Kernzylinder vollständig an der Innenwandung des Außenmantels anliegt. Dieser fehlende Kontakt führt jedoch zu einer Spalt­ bildung, so daß die einzelnen Kammern über einen Spaltbereich zwischen dem Walzenmantel und dem Kernzylinder in Verbindung miteinander stehen. Da­ durch fallen solche Walzen zumindest in Deutschland unter die "Kesselbauvor­ schriften für Druckgefäße", was nach der AT-PS 387 248 gerade vermieden werden soll, siehe Seite 3, Zeilen 15 bis 16.

Darüberhinaus ergibt sich zusätzlich noch das Problem, daß nach dem Ein­ schrumpfen des Kernzylinders durch den Kernzylinder selbst sowie bei klein­ sten Ungleichmäßigkeiten in der Formgebung des Kernzylinders durch diesen ein Druck auf den Außenmantel ausgeübt wird, der zusätzlich zu dem Dampf­ druck von dem Außenmantel aufgenommen werden muß und die Belastung durch den Dampfdruck ohne weiteres übersteigen kann.

Zusätzlich zu diesen Spannungsbelastungen, die ungleichmäßig auf den Außen­ mantel auswirken, tritt noch das Problem auf, daß die Spannungen, die von dem Kernzylinder auf den Außenmantel ausgeübt werden, entlang des Kon­ taktspaltes zwischen diesen beiden Teilen ungleichmäßig sind. Dies führt zu­ sätzlich dazu, daß bei unterschiedlichen Dampfdrücken an verschiedenen Stel­ len der Schrumpfverbindung, an denen der Druck durch die Spannungsbela­ stung durch den Momentandampfdruck überschritten wird, ein zusätzlicher Spalt auftritt, durch den Dampf bzw. Kondensat strömen kann.

Um eine optimale Kondensatabfuhr zu erreichen, sind in den Endbereichen der als Leitungen für den Dampf dienenden Längsnuten, wo diese in die Dampf­ ableitungen übergehen, wehrartige Erhöhungen vorgesehen, welche die Nuten in einen stetigen Übergang auf einen Schlitz einengen. Vor den Schlitzen an der Innenfläche des Außenmantels angesammeltes Kondensat wird durch den Schlupfdampf in die Dampfauslaßleitung mitgenommen und abgeführt, so daß sich nur ein Kondensatfilm bestimmter, insbesondere geringer Dicke auf der Innenfläche des Außenmantels ausbilden kann. Selbst ein solcher Kondensat­ film geringer Dicke beeinträchtigt jedoch die Funktionsweise einer solchen Heizwalze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizwalze für bahnartige Mate­ rialien der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der kondensiertes Heizmedi­ um, insbesondere Wasser, die Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteran­ sprüche definiert.

Die mit der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile beruhen darauf, daß in der Heizwalze zumindest ein Sammelraum zur Aufnahme des Kondensats des Heizmediums, vorzugsweise Wasserdampf, angeordnet ist.

Hierdurch wird es möglich, den gattungsgemäßen Walzentyp auch für Wasserdampf zu verwenden, da auftretende Fliehkräfte bzw. Zen­ trifugalkräfte das Kondensat nunmehr in den entsprechend angeord­ neten Sammelraum drücken, von wo aus das Kondensat, bevorzugt Wasser, abgeleitet werden kann.

Damit können auch Heizwalzen für Superkalander bzw. Release- Superkalander, die bevorzugt mit Wasserdampf betrieben werden, nach dem gattungsgemäßen Walzentyp ausgebildet werden, wodurch die aufwendigen Abnahmebedingungen und die damit verbundenen Anforderungen an die Walzen hinfällig werden.

Zudem ist Wasserdampf in jeder üblichen Papierfabrik vorhanden, so daß bei einer direkten Dampfbeheizung auf eine zusätzliche Heizstation mit Wärmetauscher zur Umwandlung von Dampfenergie in heißes Wasser und auf eine gesonderte Kreislaufpumpe für das Heizmedium verzichtet werden kann.

Außerdem kann nunmehr der wesentliche Vorteil der gattungsgemäßen Walze, daß nämlich die Bohrungen bzw. Leitungen sehr dicht an der Walzenoberfläche liegen, so daß die Wärmeübertragung sehr günstig ist, mit den günstigen Abnahmebedingungen verknüpft werden, da die Bohrungen einen kleineren Innendurchmesser als 6 Zoll bzw. 152,4 mm aufweisen, so daß die wasserdampfführenden Bohrungen bzw. Leitungen nicht mehr als Druckbehälter angesehen werden, auf den meist in Verbindung mit den erschwerten Abnahmebedingungen verwendeten teuren Stahl verzichtet und auf preisgünstigeren Hartguß überge­ gangen werden kann.

Zudem liefert die erfindungsgemäße Walze bei vorgegebener Dampf­ temperatur eine weitaus höhere Oberflächentemperatur als eine Verdrängerwalze, also eine Walze des Typs.

Zudem ist Wasserdampf bis zu Drücken von etwa 10 bar, d. h. ungefähr 180°C, nahezu immer vorhanden und damit unproblematisch.

Die in der erfindungsgemäßen Walze vorhandene Kondensatmenge ist zudem äußerst gering, so daß, sogar verglichen mit einer entsprechend aufgeheizten Verdrängerwalze, das Gefahrenpotential der erfindungs­ gemäßen Walze gering ist.

Zudem tritt kein Temperaturabfall des Heizmediums, insbesondere Wasserdampfes, beim Durchlauf durch den Walzenkörper auf, so daß ein völlig ausgeglichenes Temperaturprofil zumindest über den für das bahnartige Material zugänglichen Bereich, vorzugsweise über den gesamten Walzenbereich, vorliegt.

Die Regelbarkeit der Heizleistung der erfindungsgemäßen Heizwalze ist äußerst variabel und von Null bis zu einer maximalen Heizleistung einstellbar, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.

Die für die erfindungsgemäße Heizwalze erforderlichen Dichtköpfe für die Flanschanschlüsse lassen sich weitaus kleiner ausgestalten, da unter anderem der Kondensatanfall bei einer Heizleistung von 100 kW lediglich ca. 3 l pro Minute beträgt. Zudem ist es nicht erforderlich, die Dichtköpfe durch den dynamischen Druck einer Pumpe, die innerhalb eines Kreislaufes für ein Heizmedium angeordnet ist, zusätzlich zu belasten. Letztlich werden keine zusätzlichen Energieaufwendungen für die Aufheizung die Bewegung des Heizmedium benötigt. Mit der erfindungsgemäßen Heizwalze lassen sich sehr hohe Temperaturen, die mit entsprechend hohen Drücken verbunden sind, realisieren. Da Dichtköpfe verfügbar sind, die bis zu 17 bar belastbar sind, können Temperaturen um die 207°C problemlos in die Praxis umgesetzt werden.

Vorteilhafterweise kann der Sammelraum einen umlaufenden Ringraum an zumindest einem der axialen Endbereiche des Walzenkörpers und/oder im Bereich zumindest eines der Flanschzapfen aufweisen. Dieser Ringraum sollte gegenüber den Bohrungen bzw. Leitungen derart angeordnet sein, daß die Fliehkräfte bzw. Zentrifugalkräfte dazu führen, daß das Kondensat, das sich innerhalb der Bohrungen ansammelt, in den bzw. die umlaufenden Ringräume gepreßt wird, von wo aus das Kondensat, insbesondere Wasser, leicht abgeführt werden kann.

Vorteilhafterweise kann jeder Bohrung ein Ringraum zugeordnet sein, der eine entsprechende Anordnung aufweist, um über die Wirkung der Fliehkraft das Kondensat aufzunehmen.

Vorteilhafterweise ist jeder der wie auch immer ausgestalteten Sammelräume über einen Abluß, bspw. in Form mindestens einer Bohrung oder mindestens einer Röhre, mit einer Austragsöffnung für das Kondensat verbunden. Diese Austragsöffnung für das Kondensat kann mit der Zu- bzw. Ableitung für das Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, identisch sein, sollte jedoch in jedem Falle in den Endbereichen der Heizwalze und insbesondere durch einen oder beide Flanschzapfen der Heizwalze vorgesehen sein.

Um eine zusätzlich gesteigerte Gleichmäßigkeit des Temperaturprofils über den Walzenkörper zu erzielen, kann vorzugsweise eine axialpar­ allele, in der Regel zentrische Bohrung durch den Walzenkörper hindurch geführt werden, durch die das Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, zu dem anderen Ende der Heizwalze, bzw. des Walzen­ körpers geleitet wird, so daß von beiden Seiten des Walzenkörpers her gleichmäßige Dampfmengen mit gleichmäßiger Temperatur einwirken können.

Vorteilhafterweise wird die Temperatur der erfindungsgemäßen Heizwalze über die Abflußmenge des Kondensats reguliert. Eine derartige Regulierung läßt sich über eine Ventileinrichtung vornehmen, die außerhalb der erfindungsgemäßen Heizwalze selbst angeordnet werden könnte.

Bei den bisher mit Dampf beheizten Walzen des anderen als des gattungsgemäßen Typs war es nicht möglich, die Temperatur der Walze durch eine Drosselung der Dampfmenge zu regeln, ohne dabei ein äußerst ungleichmäßiges Temperaturprofil zu erhalten. Eine Drosselung führt nämlich zu einem Druckabfall in der Walze, weil die reduzierte Dampfmenge, die in die Walze geleitet wird, sofort an der ersten kälteren Stelle kondensiert, so daß die entfernt liegenden Bereiche nicht mehr hinreichend mit Wärmeenergie versorgt werden. Diese entfernteren Bereiche bleiben folglich kalt, und es stellt sich ein vollkommen ungleichmäßiges Temperaturprofil ein, womit gleichzeitig starke Abweichungen des Walzendurchmessers verbunden sind, die durchaus im Bereich der Dicke des zu bearbeitenden bahnartigen Materials und darüberhinaus liegen können.

Zwar ist es auch bei der erfindungsgemäßen Walze nicht möglich, die Dampfzufuhr einfach zu drosseln, jedoch ermöglicht die oben ausge­ führte Regelung des Kondensatabflusses über ein außerhalb der Walze gelegenes Ventil die Möglichkeit, die Walzentemperatur kontinuierlich über den gesamten Temperaturbereich bis zur maximalen Betriebs­ temperatur der erfindungsgemäßen Heizwalze zu regeln.

Dabei füllen sich die Bohrungen bzw. Leitungen, die nahe der Walzen­ oberfläche angeordnet sind, zunehmend mit Kondensat bzw. Wasser, welches nicht oder nur zum Teil abgeleitet wird. Auf diese Weise nimmt die in den Bohrungen gehaltene Wassermenge zu, und die freie Oberfläche der Bohrungen, die die Wärme aus dem kondensierenden Dampf aufnehmen kann, nimmt ab. Auf diese Weise kann die Walze mit zunehmender Kondensatmenge in den Bohrungen bzw. Leitungen eine geringere Wärmemenge aufnehmen, so daß die Heizleistung der erfindungsgemäßen Walze über eine Regelung der abfließenden Kondensatmenge möglich ist. Um ein Gefälle für das Kondensat zu erzeugen, können die Bohrungen bzw. die Leitungen auch leicht von der Mitte nach außen hin geneigt sein. Dabei können die Bohrungen bzw. Leitungen entweder zur Walzenmitte hin ca. 1 bis 10 mm von der Axialparallelität abweichen oder aber auch exakt axialparallel verlaufen.

Vorteilhafterweise weist zumindest einer der Sammelräume an zumindest einem Ende der Bohrungen bzw. Leitungen bzw. einer jeweiligen Bohrung oder Leitung eine rundlich ausgebildete Tasche mit einem Durchmesser auf, der vorzugsweise kleiner ist als der Durchmesser der peripheren Bohrung, wobei die Tasche gegenüber der peripheren Bohrung bzw. der Leitung nach außen versetzt sein kann. Hierdurch läßt sich verhindern, daß das in den Bohrungen bzw. Leitungen nahe der Walzenoberfläche befindliche Kondensat im Falle des Fortfalls der Zentrifugalkräfte, die auf das Kondensat wirken, in einem Schwall von den Bohrungen bzw. Leitungen in dem oberen Bereich der Walze durch die dampfzuführenden Anschlußleitungen bzw. Anschlußbohrungen in die Bohrungen bzw. Leitungen des unteren Bereichs der erfindungs­ gemäßen Walze fließt. Wird also beim Wechsel einer Papierrolle die erfindungsgemäße Walze angehalten, so vermag sich das Kondensat nicht in übermäßigem Maße im unteren Bereich der stehenden Walze anzusammeln, um auf diese Art und Weise über den Durchmesser der Walze bzw. über den Umfang der Walze zu einem ungleichmäßigen Temperaturprofil zu führen, so daß relevante Verspannungen und Verbiegungen des Walzenkörpers auch im Stillstand verhindert werden können. Dabei müssen die Dampfzuleitungen selbstverständlich so angebracht sein, daß diese in den Sammelraum derart einmünden, daß sich für das ansonsten abfließende Kondensat ein Hindernis ergibt.

Andererseits sollten die zumindest im wesentlichen axialparallelen peripheren Bohrungen bzw. Leitungen derart in die Sammel- bzw. Ringräume oder Taschen übergehen, daß sich im Betriebszustand keinerlei Hindernisse für das von den Bohrungen in den Ringraum bzw. die Tasche fließende Kondensat ergeben. Ferner sollte der Anschluß an den Abfluß, bspw. in Form mindestens einer Bohrung oder mindestens einer Röhre, derart vorgesehen sein, daß sich auch hier keine Kondensatstaus bilden können. So sollte sich innerhalb der Ablauflei­ tungen, durch die das Kondensat passieren muß, im wesentlichen keine Einschränkung für den Kondensatfluß ergeben.

Umgekehrt sollte es aber möglich sein, im Bedarfsfalle die gesamte Kondensatmenge während des Langsamlaufs der erfindungsgemäßen Walze bzw. während deren Stillstand aus der erfindungsgemäßen Walze abzuführen.

Insofern größere Mengen Kondensat während des Betriebes der erfindungsgemäßen Walze anfallen, kann es vorteilhaft sein, innerhalb der Bohrungen bzw. Leitungen bzw, innerhalb der Anschlußräume oder der Anschlußleitungen an den Endbereichens einer jeweiligen Bohrung bzw. Leitung, eine Rückhalteeinrichtung, vorzugsweise ein Rück­ schlagventil, Rückschlagklappen oder dgl., vorzusehen, die das Kondensat im Falle des Langsamlaufs oder des Stillstands der erfin­ dungsgemäßen Walze zumindest im wesentlichen zurückhalten, um Kondensatansammlungen im unteren Bereich der erfindungsgemäßen Walze, die zu einem ungleichmäßigen Temperaturprofil und damit zu Verspannungen und Verbiegungen der Walze führen können, zu verhindern.

Um die sich gegebenenfalls in dem Sammelraum bzw. den Sammelräumen ansammelnden Kondensatmengen thermisch von der Walze bzw. den Bohrungen oder Leitungen und damit vom Walzenkörper abzukoppeln, sollten die an die jeweiligen Sammelräume anschließenden Endbereiche der Bohrungen mit einem wärmeisolierenden Material umgeben sein.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Walze läßt sich nicht nur für die bereits oben aufgeführten Release-Superkalander verwenden, sondern auch in sogenannten Gloss- oder Soft-Kalandern, bei denen eine oder mehrere kunststoffbeschichtete Walzen die Papierbahn gegen eine beheizte Walze drücken, wobei die Oberflächentemperaturen meist nicht höher als ca 160 bis 170°C sein müssen.

Der herausragende Vorteil der erfindungsgemäßen Walze, liegt, wie bereits oben angedeutet, darin, daß in jeder der Bohrungen und an jeder Stelle der Bohrungen bzw. des Walzenkörpers ein nahezu identischer Dampfdruck und damit auch nahezu dieselbe Temperatur herrschen. Selbst geringste Temperaturabweichungen entlang einer Bohrung bzw. entlang des Walzenkörpers führen dazu, daß an dieser Stelle vermehrt Dampf kondensiert, bei der Kondensation einen Großteil seiner Energie abgibt, und somit die Temperatur an diesem Punkt wieder angeglichen wird. An benachbarten Stellen kondensiert dabei weit weniger Dampf, so daß ein zu kalter Bereich automatisch aufge­ heizt wird.

Für die Beheizung der erfindungsgemäßen Heizwalze, für die bevorzugt Wasserdampf in Frage kommt, gibt es noch die vorteilhafte Möglichkeit, die Temperatur des einströmenden Dampfes dadurch zu regeln, daß auf eine Drosselung des Dampfdruckes eine Befeuchtung erfolgt. Auf diese Weise läßt sich der in die erfindungsgemäße Heizwalze einleitbare Dampf mit Feuchtigkeit anreichern oder sogar sättigen, so daß in letzterem Falle in jedem Fall der Heizdampf als Sattdampf vorliegt.

Bei allen sonstigen Walzen und Heizmedien stellen sich beim Durch­ strömen des Walzenkörpers in Folge der Wärmeabgabe des Heizmediums und der damit auftretenden Abkühlung des Heizmediums entlang seiner Bahn durch den Walzenkörper Temperaturunterschiede ein, welche die Behandlung des Bahnmaterials über die unterschiedliche Temperatur verungleichmäßigen und zusätzlich zu einer Formungenauigkeit der Walze führen, die ebenfalls nachteilig auf das Bahnmaterial einwirkt.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Walze unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei werden weitere Vorteile und Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung offenbart. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem axialen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Walze in einem Endbereich der erfin­ dungsgemäßen Heizwalze;

Fig. 2 eine teilweise Querschnitt-Darstellung in einem erfindungs­ gemäß ausgebildeten Bereich der Heizwalze in einem ihrer Endbereiche; und

Fig. 3 ein Flußschema für die Dampfzufuhr bzw. Kondensatabfuhr bezüglich der erfindungsgemäßen Heizwalze.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäß ausgestaltete Heizwalze allgemein durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Walze weist einen Flanschzapfen 12, vorzugsweise auf jeder Seite, und einen zylin­ drischen Walzenkörper bzw. Walzenmantel 14 auf, dessen Oberfläche 11 zur Druck-Bearbeitung eines bahnartigen Materials, insbesondere Papier, Kunststoff oder dgl., benutzt wird. Ein Heizmedium wird über eine durch den Flansch 12 verlaufende Zuleitung in die erfindungs­ gemäße Heizwalze 10 eingeführt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird der eintretende Wasserdampf in Anschlußleitungen 24 eingeleitet, und ein Teil des über die Zuleitung 36 eingeleiteten Wasserdampfes wird über eine axialpar­ allele, im Zentralbereich der erfindungsgemäßen Walze 10 angeordnete Leitung 20 zum anderen Ende der Heizwalze 10 geführt. Der Wasser­ dampf gelangt über die Anschlußleitung 24 zu dem Sammelraum 28, in dem sich während des Betriebes der erfindungsgemäßen Heizwalze 10, also wenn hinreichende Fliehkräfte auftreten, Wasserdampfkondensat ansammeln kann.

Der Sammelraum 28 schließt an die zumindest angenähert, vorzugsweise im wesentlichen exakt axialparallelen Bohrungen bzw. Leitungen 16 an. Jeweils ein Sammelraum 28 kann jeweils einer Bohrung bzw. Leitung 16 zugeordnet sein. Andererseits oder zusätzlich könnte auch ein umfänglich umlaufender Sammelraum sämtlichen Bohrungen 16 zugeord­ net sein.

Im vorliegenden Fall ist der Sammelraum 28 in dem über Befestigungs­ mittel 32 mit dem Walzenkörper 14 verbundenen Flansch 12 vorgesehen. Er könnte jedoch gleichermaßen auch in dem Endbereich des Walzen­ körpers 14 angeordnet werden.

Der Sammelraum 28 ist axial zu der zentralen Achse der zugeordneten Bohrung 16 versetzt. Hierdurch soll verhindert werden, daß das Kondensat während des Langsamlaufs bzw. des Stillstands der Walze durch die Anschlußleitung 24 in den unteren Bereich der erfindungs­ gemäßen Heizwalze 10 ablaufen kann, wodurch ungleichmäßige Tempera­ turprofile, Durchmesserabweichungen und eine nachteilige Beeinflussung des zu bearbeitenden bahnartigen Materials auftreten können. Durch die Ausgestaltung des Sammelraums 28 mit einem kleineren Durchmesser und die axiale Versetzung entsteht ein Hindernis 38, das das Abfließen des Kondensats über die Zuführung 24 verhindert.

Durch die innerhalb der erfindungsgemäßen Heizwalze 10 zentrisch, axialparallel angeordnete Bohrung 20 wird ein Teil des Dampfes zu einer der in Fig. 1 bzw. in Fig. 2 dargestellten, entsprechenden Leitungs­ anordnung auf der gegenüberliegenden Seite der Heizwalze 10 geführt und von dort in entgegengesetzter Richtung in die Bohrungen bzw. Leitungen 16 und damit in den Walzenkörper 14 eingeleitet, um auf diese Weise zu einem noch gleichmäßigeren Temperaturprofil zu kommen.

Im Randbereich bzw. im Endbereich der Bohrungen 16 sind Isolationen 30 angeordnet, um eine thermische Abkopplung des Kondensats, das innerhalb des Sammelraums 28 enthalten sein kann, zu bewirken. Hier können im Grenzbereich zwischen dem Flanschzapfen 12 und dem Walzenkörper 14 noch weitere Isolationen vorgesehen sein, z. B. auf der zum Walzenkörper 14 hinweisenden Seite des Strömungshindernisses 38.

Um den Abfluß des Kondensats im Betrieb zu gewährleisten, ist eine Bohrung bzw. eine Röhre 26 vorgesehen, die mit dem Sammelraum 28 verbunden ist. Über diese Röhre 26 wird das Kondensat aus dem Sammelraum 28 in einen Kondensatsammelraum 22 und von dort in eine Kondensatabflußleitung 18 befördert. Die Beförderung des Kondensats kann dabei über den Dampf-Druck oder aber über einen an den Raum 22 und damit an die Leitung 18 angelegten Unterdruck erfolgen. Um die Röhre 26 in dem Flansch 12 anzuordnen, kann ein radialer Kanal in den Flansch 12 gebohrt werden, das Rohr 26 in diesen sich ergebenden radialen Kanal eingeschoben, mittels eines Verschlusses 34 nach außen hin abgeschlossen und innerhalb des Kanals fixiert werden.

Das Rohr 26 weist eine Öffnung 27 auf, die sich nach Möglichkeit bis zum radial äußeren Ende des Sammelraumes 28 erstreckt, um für das Kondensat kein Hindernis zu bilden.

In dem Endbereich der Bohrung 16 bzw. im Bereich des Sammelraums 28 können auch Rückhalteeinrichtungen, wie z. B. ein Rückschlagventil oder dgl., vorgesehen sein, um im Falle des Stillstandes bzw. des Langsamlaufs der erfindungsgemäßen Walze das Abfließen des Kon­ densats und eine Ansammlung dieses Kondensats in dem unteren Bereich der erfindungsgemäßen Walze 10 zu verhindern. In diesem Fall wird das Strömungshindernis 38 gemäß Fig. 1 nicht unbedingt benötigt, so daß die Anschlußleitung 24 auch unmittelbar in die Bohrung 16 einmünden kann, ohne eine unmittelbare Verbindung zu dem Sammelraum 28 aufzuweisen.

An Stelle der direkten Zuführung des Dampfes zu jeder peripheren Bohrung 16 und der individuellen Abfuhr des Kondensats aus jeder Bohrung 18 über Röhren 26 können an den Walzenenden auch Ring­ räume vorgesehen werden, die mit allen peripheren Bohrungen 16 verbunden sind und über welche die Verteilung des Dampfes und aus welchen die Abfuhr des Kondensats in der erfindungsgemäßen Art erfolgt.

Außerhalb der erfindungsgemäßen Walze 10 kann im Anschluß an die Leitung 18 eine Ventileinrichtung vorgesehen sein, über welche der Kondensatabfluß und damit die Temperatur der Walze gesteuert werden kann, wobei das Kondensat über den oben aufgezeigten Strömungsweg, angetrieben durch die Fliehkraft und/oder den Dampfdruck und/oder einen von außen angelegten Sog abgezogen werden kann.

In den Flanschzapfen 12 können sich auch die Kondensatsammelräume 22 befinden, über die das Kondensat in die zentralaxial gelegene Leitung 18 gelangen kann.

Wenn auf die zentralaxiale Leitung 18 verzichtet werden soll, ist es von Vorteil, wenn der Wasserdampf über in beiden Flanschzapfen 12 vorgesehene Zu- bzw. Ableitungen 36 geführt werden kann.

In Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Heizwalze dargestellt, aus der insbesondere nochmals die zu der Bohrung bzw. Leitung 16 versetzte Lage des Sammelraums 28 für das Kondensat ersichtlich ist.

Ansonsten weisen die in Fig. 2 dargestellten Teile die gleichen Bezugszeichen auf wie die in Fig. 1 dargestellten Teile.

In der gegenüber der horizontal ausgerichteten Anschlußleitung 24 schräg angeordneten Anschlußleitung 24 sind die erforderlichen Teile, wie etwa der Sammelraum 28 und die mit dem Rohr 26 verbundenen Teile, nicht dargestellt, um die zusätzlich erforderlichen Teile, die in Verbindung mit der vertikal ausgerichteten Anschlußleitung 24 stehen, nochmals gesondert zu betonen.

In Fig. 3 ist ein möglicher Kreislauf für eine erfindungsgemäße Walze 10 dargestellt. Über eine Zuleitung 40 und ein die Zuleitung steuerndes Dampf-Absperrventil 42 kann der Zulauf von Heizmedium bzw. Wasser­ dampf zu der erfindungsgemäßen Heizwalze 10 gesteuert werden. Dabei wird der bevorzugt in die erfindungsgemäße Heizwalze 10 eingeleitete Wasserdampf nach einer Druckentlastung gegebenenfalls teilweise befeuchtet oder vollkommen gesättigt, so daß der der Heizwalze 10 zugeführte Wasserdampf gesättigter Dampf bzw. Sattdampf ist. Die dargesellte Ausführungsform deutet an, daß der Wasserdampf durch den einen Flanschzapfen der erfindungsgemäßen Walze 10 zugeführt und das Kondensat mit bzw. ohne Dampfanteil aus dem gegenüber­ liegenden Flansch der erfindungsgemäßen Heizwalze 10 entnommen wird. Natürlich könnten beide Maßnahmen auch über den selben Flansch der erfindungsgemäßen Heizwalze 10 vorgenommen werden. Auf der Abflußseite ist eine Ableitung 44 für das Kondensat gegebenenfalls mit Dampfbeimischung vorgesehen. Der Kreislauf weist einen Kon­ densatabscheider 46 auf, der in einer der bekannten Weisen arbeitet.

Ein Bypassventil 48 ist zu dem Kondensatabscheider parallel angeordnet und kann bspw. zu Sicherheitszwecken vorgesehen sein. Außerdem weist der Kreislauf für ein Heizmedium für die erfindungsgemäße Heizwalze 10 ein Kondensat-Regelventil 50 auf, über welches die Kondensatmenge gesteuert werden kann, die aus der Heizwalze 10 entfernt wird. Hierdurch wird eine kontinuierliche Regelung der Temperatur der Heizwalze 10 bewirkt, indem nämlich die Abfuhr für das Kondensat in den Bohrungen 16 bzw. Leitungen 16 nahe der Walzenoberfläche in der erfin­ dungsgemäßen Heizwalze 10 mehr oder weniger hoch eingestellt wird. Wird viel Kondensat abgeführt, d. h., ist das Kondensat-Regelventil 50 vollkommen geöffnet, so kann der in die Heizwalze 10 eingeleitete Dampf seine Wärmeenergie vollkom­ men an die Oberfläche der Bohrungen 16 abgeben. Wird dagegen das Kondensat nur teilweise abgeleitet, so wird ein Großteil der Oberfläche der Bohrungen 16 von Kondensat belegt und ist für den Wasserdampf nicht zugänglich, so daß der Wasserdampf seine Wärmeenergie nur an Teile der Oberfläche der Bohrungen 16 abgeben kann. Wird das Kondensat-Regelventil 50 vollständig geschlossen, so läuft kein Kondensat mehr ab, die Bohrungen 16 setzen sich mit Kondensat zu und der Dampfdurchfluß ist unterbunden. In diesem Falle kühlt die Heizwalze 10 umgehend zusammen mit dem darin enthaltenen Kondensat ab.

Claims (15)

1. Heizwalze (10) für bahnartige Materialien, insbesondere Papier, mit einem zylindrischen Walzenkörper (14), mit mindestens einem Flansch­ zapfen (12), mit mindestens einer Zu- und Ableitung (36) für ein konden­ sierbares Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, mit mehreren, zumindest angenähert axialparallelen, peripheren Bohrun­ gen oder Leitungen (16), um das Heizmedium durch den Walzenkörper (14) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden jeder peri­ pheren Bohrung oder Leitung (16) ein Sammelraum (28) innerhalb der Heizwalze (10) ausgebildet ist, um das Kondensat aufzunehmen, das durch Kondensation des Heizmediums entsteht.

2. Heizwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Anschlußraum oder zumindest eine Anschlußleitung (24) für die Bohrun­ gen oder Leitungen (16) vorgesehen ist.

3. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sammelraum (28) einen umlaufenden Ringraum an zumindest einem der axialen Endbereiche des Walzenkörpers (14) und/oder im Bereich zumindest eines der Flanschzapfen (12) aufweist.

4. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bohrung oder Leitung (16) ein Sammelraum (28) zugeordnet ist.

5. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß korrespondierend zu einem jeweiligen Sammel- oder Ringraum (28) ein Abfluß in Form mindestens einer Bohrung oder mindestens einer Röhre (26) vorgesehen ist.

6. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Walzenkörpers (14) eine Leitung (20) vorgesehen ist, um das Heizmedium zu einem anderen Ende der Heizwalze (10) oder des Walzenkörpers (14) zu leiten.

7. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußmenge des Kondensats über eine Ventileinrichtung regu­ lierbar ist.

8. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Bohrungen oder Leitungen (16) entweder zur Walzenmitte und zur Walzenachse hin geneigt ist, insbesondere um ca. 1 bis 10 mm von der Axialparallelität abweicht, oder exakt axialparallel verläuft.

9. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Sammelräume (28) an zumindest einem Ende der Bohrungen oder Leitungen (16) eine rundlich ausgestaltete Tasche (28) mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der peripheren Bohrung oder Leitung (16), wobei die Tasche (18) gegen­ über dieser Bohrung oder Leitung (16) nach außen versetzt ist.

10. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregelung durch eine Druckregelung des Dampfes mit anschließender Befeuchtung des Dampfes vornehmbar ist.

11. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens sechs zumindest angenähert axialparallele periphere Bohrungen oder Leitungen (16) vorgesehen sind.

12. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem bzw. den Anschlußräumen oder Anschlußleitungen (24) an den Endbereichen einer jeweiligen Leitung oder Bohrung (16) eine Rückhalteeinrichtung zum Zurückhalten des Kondensats angeordnet ist.

13. Heizwalze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück­ halteeinrichtung durch ein Rückschlagventil oder Rückschlagklappen gebildet wird.

14. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Leitungen oder Bohrungen (16) mit einem wärmeisolierenden Material (30) versehen sind.

15. Heizwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endbereichen jeweiliger zumindest angenähert axialparalleler Bohrungen oder Leitungen (16) jeweils mindestens eine Einengung (38) vorgesehen ist, um im Walzenstillstand Kondensat zurückzuhalten.