[0001] Die Erfindung betrifft einen temperierbaren Walzenkörper für die Behandlung bahnförmigen
Materials, beispielsweise für die Papierherstellung.
[0002] Bekannt sind temperierbare Walzenkörper mit axialen Bohrungen für ein Temperierfluid,
beispielsweise aus der
US 7,097,605. Anstatt die Kanäle für das Temperierfluid in einen Mantel des Walzenkörpers zu bohren,
können die Kanäle auch mittels Profilen gebildet werden, die an einer inneren Umfangsfläche
des Mantels befestigt sind. Derartige Profilkanäle beschreibt beispielsweise die
US 2,932,091. Vorteilhaft ist, dass für die Schaffung der Kanäle auf vorgefertigte Profile zurückgegriffen
und beim Mantel Material eingespart werden kann. Der Mantel kann des Weiteren aus
einem Werkstoff geformt werden, der nicht für das Einbringen der im Allgemeinen mehrere
Meter langen Bohrungen geeignet sein muss. Nach der
US 2,932,091 werden halbrunde, an ihren Enden schellenartig nach außen abgekantete Profile oder
L-Profile verwendet. Die halbrunden Profile werden mittels Kehlnähten unter Zuführung
von Zusatzwerkstoff an den Mantel geschweißt. Die L-Profile werden so aneinander gelegt,
dass sie mit je einem Ende an den Mantel und mit jeweils ihrem anderen Ende an die
Kanten ein nächstbenachbartes L-Profil stoßen und dort verschweißt werden. Die L-Profile
bilden auf diese Weise Rechteckkanäle, deren Seitenwände von zwei nächstbenachbarten
L-Profilen gebildet werden. Die Ausführung mit den halbrunden Profilen ist hinsichtlich
der Zugänglichkeit für das Schweißwerkzeug problematisch, während die Rechteckkanäle
jeweils drei Schweißnähte aufweisen und die L-Profile je mit einem ihrer Schenkel
an die Kante eines Nachbarprofils angelegt werden müssen.
[0003] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Walzenkörpern mit Profilkanälen
zu vereinfachen.
[0004] Gegenstand der Erfindung ist ein Walzenkörper für die Behandlung eines bahnförmigen
Materials, der einen Mantel und an dem Mantel innen, d.h, an einer inneren Umfangsfläche
des Mantels, um eine Rotationsachse des Walzenkörpers verteilt angeordnete, axial
erstreckte Profile aufweist, die mit dem Mantel axiale oder zumindest im Wesentlichen
axial erstreckte Kanäle für ein Temperierfluid bilden. Die Kanäle erstrecken sich
vorzugsweise von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende des Mantels durchgehend.
Die Profile sind vor dem Fügen im Querschnitt an einer Längsseite offen und dort über
ihre axiale Länge dicht mit dem Mantel verbunden, so dass der Mantel bei jedem der
Kanäle die Außenwand und jeweils eines der Profile sämtliche weiteren Wände, insbesondere
die Seitenwände des jeweiligen Kanals bildet. Die Profile sind längs ihrer beiden
Seitenwände, die die offene Längsseite des jeweiligen Profils links und rechts begrenzen,
an den Mantel angelegt und längs den Seitenwänden fluiddicht fest mit dem Mantel mittels
einer durch Löten oder vorzugsweise Schweißen erzeugten Verbindungsnaht verbunden.
Die Verbindungsnähte können auch Klebenähte sein, falls der Walzenkörper mit einer
entsprechend niedrigen Temperatur betrieben wird, die Klebenähte aushalten, In derartigen
Ausführungen können die Walzenkörper auch aus Kunststoff, vorzugsweise faserverstärktem
Kunststoff, bestehen und die Kanäle aufgeklebt oder an den Walzenkörper laminiert
sein.
[0005] Nach der Erfindung weisen die Seitenwände von nächstbenachbarten Profilen bis in
die jeweilige Verbindungsnaht zu dem Mantel, genauer gesagt zu der inneren Umfangsfläche
des Mantels, eine Neigung von weniger als 90° auf Zwischen den Seitenwänden nächstbenachbarter
Profile wird im Querschnitt des Walzenkörpers gesehen ein Raum erhalten, der bis in
die Verbindungsnaht in Umfangsrichtung links und rechts von den beiden Seitenwänden
der nächstbenachbarten Profile begrenzt wird und sich bis auf die Verbindungsnaht
verjüngt. Dies verbessert die Zugänglichkeit zur Verbindungsnaht, insbesondere für
ein Fügewerkzeug und zu Kontrollzwecken. Gegenüber im Querschnitt beispielsweise halbrunden
Profilen, bei denen die Seitenwände der Kanäle entsprechend im rechten Winkel auf
den Mantel treffen, können die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse gemessenen
Abstände nächstbenachbarter Kanäle verringert werden. Der zwischen den geneigten Seitenwänden
bis zur Verbindungsnaht erhaltene Zwischenraum ermöglicht eine in Umfangsrichtung
dichtere Anordnung der Profile.
[0006] Die von den Profilen gebildeten Seitenwände sind vorzugsweise gerade, verlaufen also
relativ zur Innenfläche des Walzenmantels mit einer konstanten Neigung, die größer
als 0° und kleiner als 90° ist, bis in die jeweilige Verbindungsnaht. Sie können alternativ
aber auch im Querschnitt gekrümmt sein, sich also mit einer in Richtung auf die Mantelinnenfläche
ändernden Neigung bis in die Verbindungsnaht erstrecken. Gerade Seitenwände sind jedoch
im Hinblick auf die Vermeidung von Toträumen im Strömungsquerschnitt einerseits und
einer möglichst guten Zugänglichkeit für das Fügewerkzeug andererseits vorteilhaft.
Die Seitenwände begrenzen die Profile an der zum Mantel hin offenen Unterseite links
und rechts.
[0007] Die Profile sind in bevorzugten Ausführungen Winkelprofile. Besonders geeignet sind
V-Profile. Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Schenkel des V-Profils miteinander
einen Winkel aus dem Bereich von 60 bis 120° einschließen. Die Schenkel der V-Profile
sind vorzugsweise gleich lang. V-Profile sind kostengünstig und hinsichtlich der Geometrie
ein besonders guter Kompromiss zwischen den strömungstechnischen Verhältnissen in
den Kanälen, den Erfordernissen des Fügeprozesses und der wirtschaftlichen Beschaffbarkeit.
Besonders geeignet sind L-Profile, also V-Profile, deren die Seitenwände bildenden
Schenkel rechtwinklig zueinander weisen. Anstatt der bevorzugten einfachen V-Profile
können beispielsweise aber auch Profile mit trapezförmigem Querschnitt verwendet werden,
also wannenförmige Profile mit vorzugsweise V-förmig zueinander weisenden Seitenwänden,
oder auch anders polygonale Profile.
[0008] Als Seitenwände versteht die Erfindung nur solche Profilwände, die einen Strömungsquerschnitt
des Fluids begrenzen, an ihrer Innenseite also im Betrieb der Walze in Kontakt mit
dem durchströmenden Fluid stehen. Diese Seitenwände sind es, die bis in die jeweilige
Verbindungsnaht ragen. Bei jeder der mit dem Mantel verbundenen Seitenwände erstreckt
sich die Verbindungsnaht daher unmittelbar längs der dem Mantel zugewandten Randkante
oder Randfläche der Seitenwand und nicht ein Stück weit von der Seitenwand entfernt,
Auf diese Weise wird eine besonders formtreue Verbindung der Seitenwände mit dem Mantel
erzielt. Die Seitenwände können im Bereich ihres der Innenfläche des Mantels zugewandten
Rands nicht mehr aufgrund mechanisch oder thermisch bedingter Spannungen von der Mantelinnenfläche
abheben. Die Gefahr des Abhebens besteht, wenn die Profile von den Seitenwänden abknickende
Verbindungsflansche aufweisen und im Bereich der Verbindungsflansche ein Stück weit
entfernt von den Seitenwänden mit dem Walzenmantel verbunden sind.
[0009] Die Neigung der Seitenwände ist vorzugsweise aus dem Bereich von 30° bis 60° gewählt,
so dass die Seitenwände oder eine Tangente an die jeweilige Seitenwand mit der inneren
Umfangsfläche des Mantels am Ort ihrer Verbindungsnaht einen Winkel aus dem genannten
Bereich einschließen. Die Seitenwände nächstbenachbarter Profile spreizen sich von
ihrer Verbindungsnaht aus entsprechend unter einem Winkel aus dem Bereich von 60°
bis 120° voneinander ab. Ideal ist ein Abspreizwinkel aus dem Bereich um 90° entsprechend
einer Neigung der Seitenwände von etwa 45° in Bezug auf die innere Umfangsfläche des
Mantels.
[0010] Die von den Profilen gebildeten Seitenwände können zwar grundsätzlich mittels Kehlnaht
mit dem Mantel verbunden sein, bevorzugter sind die Verbindungsnähte jedoch V-Nähte.
Da der Mantel an seiner inneren Umfangsfläche in bevorzugten Ausführungen im Bereich
der jeweiligen Verbindungsnaht eine einfache glatte Fläche aufweist, handelt es sich
genau genommen nur um eine Halb-V-Naht. Die Verwendung von Winkelprofilen, insbesondere
einfachen V-Profilen mit nur zwei Schenkeln, kommt der Bildung derartiger Verbindungsnähte
in besonderer Weise entgegen. Wird das Winkelprofil beispielsweise durch Abkanten
eines Blechs geformt, weisen die Stirnflächen an den beiden freien Enden solch eines
Profils bereits von Hause aus mit einer Neigung zur inneren Umfangsfläche des Mantels,
wenn die Schenkelenden an die innere Umfangsfläche des Mantels angesetzt werden. Aus
Blechen durch Rundbiegen geformte Rundprofile, die sich im Querschnitt über einen
Winkel im Bereich von beispielsweise 90° bis 120° erstrecken, sind im Hinblick auf
die bevorzugte Nahtform als V-Naht jedoch ebenfalls verwendbar. Obgleich vorzugsweise
Profile verwendet werden, die bereits von Hause aus an ihren beiden freien Ende jeweils
eine beim Ansetzen geneigt zur inneren Umfangsfläche des Mantels weisende Stirnfläche
aufweisen, können die Profile an ihren beiden freien Stirnflächen jedoch für die Erzeugung
von V-Nähten auch durch Nachbearbeitung mit einer entsprechenden Phase versehen werden,
beispielsweise durch Anschleifen- Der Winkel, den die Stirnflächen der Seitenwände
mit der inneren Umfangsfläche des Mantels einschließen, ist in bevorzugten Ausführungen
aus dem Bereich von 30° bis 60° gewählt.
[0011] Die Profile und der Walzenmantel werden in bevorzugten Ausführungen ohne Zusatzwerkstoff
miteinander verschweißt. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist Elektronenstrahlschweißen.
Die Profile und der Walzenmantel sind im Falle eines Energiestrahlschweißcns vorteilhafterweise
aus artgleichen Werkstoffen gefertigt, was für das Schweißen ohne Zusatzwerkstoff
günstig ist. Die Profile können grundsätzlich aber auch mit Zusatzwerkstoff geschweißt
werden. So können die Verbindungsnähte unter Pulver geschweißt werden. Elektronenstrahlscllweißen
ist auch bei Verwendung von Zusatzwerkstoff ein besonders bevorzugtes Schweißverfahren,
wobei auch in diesem Fall vorteilhafterweise mit artgleichen Werkstoffen gearbeitet
wird, also die Profile und auch der Zusatzschweißwerkstoff jeweils artgleich mit dem
Werkstoff des Walzenmantels sind, Schutzgasschweißen ist ebenfalls ein Kandidat für
das Schweißen, ebenso Laserschweißen als weiteres Verfahren des Energiestrahlschweißens,
Zusatzwerkstoff kann in Form eines Schweiß- oder Lötdrahts zugeführt werden, gegebeilenfalls
auch zusätzlich zu pulverförmigem Zusatzwerkstoff. Falls die Anforderungen an die
Temperaturfestigkeit und mechanische Fertigkeit dies zulassen, können sie auch gelötet
oder gegebenenfalls gebondet, beispielsweise geklebt oder anlaminiert werden. Die
Verbindungsnähte können nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, um
Kerbwirkungen am Übergang von der Verbindungsnaht zum Profil oder gegebenenfalls zum
Mantel zu vermeiden.
[0012] Die Profile können in Umfangsrichtung so dicht nebeneinander liegend angeordnet werden,
dass nächstbenachbarte Profile mittels der gleichen Verbindungsnaht mit dem Mantel
verbunden sind. Insbesondere beim Schweißen mittels Energiestrahl können die Profile
mit den jeweils benachbarten Seitenwänden dicht an dicht an der inneren Umfangsfläche
bzw. Innenfläche des Mantels oder, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, eines
Ringschalenteils angeordnet werden, das mit wenigstens einem weiteren Ringschalenteil
anschließend zu dem Mantel gefügt wird. Insbesondere bei einem Energiestrahlschweißen
können in einem Schweißgang gleichzeitig nebeneinander mehrere Verbindungsnähte erzeugt
werden, entweder mittels unterschiedlicher Energiestrahl-Schweißwerkzeuge oder vorzugsweise
eines Energiestrahl-Schweißwerkzeugs mit einem Fächer von Teilstrahlen, Besonders
bevorzugt werden drei, vier oder fünf Verbindungsnähte nebeneinander, gegebenenfalls
auch nur zwei oder auch sechs Verbindungsnähte gleichzeitig erzeugt, indem das Schweißwerkzeug
mit den mehreren Teilstrahlen oder mehrere Schweißwerkzeuge in einem Arbeitsgang längs
den Profilen in Schweißrichtung vorwärts bewegt und dabei die Verbindungsnähte erzeugt
werden. Insbesondere für ein Schweißen mit Zusatzwerkstoff, aber auch beim Schweißen
ohne Zusatzwerkstoff, können die Profile für das Fügen auch so angeordnet werden,
dass zwischen in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Profilen jeweils ein schmaler
Spalt verbleibt, in den Zusatzwerkstoff zugeführt und geschmolzen wird, um die jeweilige
Verbindungsnaht zu erzeugen.
[0013] Für das Fügen der Profile ist es von Vorteil, wenn der Mantel aus mehreren Ringschalenteilen
zusammengesetzt ist. Die Ringschalenteile werden zu dem Mantel gefügt. Die Ringschalenteile
erstrecken sich in Umfangsrichtung um eine Drehachse des Mantels vorzugsweise jeweils
über einen Winkel von höchstens 180°. Noch bevorzugter erstrecken sie sich nur jeweils
über einen Winkel von höchstens 120°. Eine Winkelung von 120° wird besonders bevorzugt.
In derartigen Ausführungen wird der Walzenmantel oder nur ein axiales Segment des
Mantels aus drei Ringschalenteilen gefügt. Die Ringschalenteile können untereinander
nach Größe und Form insbesondere gleich sein, Andererseits soll nicht ausgeschlossen
werden, dass sie sich in Bezug auf die axiale Länge oder die Umfangserstreckung voneinander
unterscheiden. Die Ringschalenteile sind an ihrer äußeren Umfangsfläche oder ihrer
inneren Umfangsfläche vorzugsweise zylindrisch, besonders bevorzugt sind sie an beiden
Umfangsflächen zylindrisch. Der Aufbau des Walzenmantels aus Ringschalenteilen der
genannten Art ist vorteilhaft für das Fügen der Profile, da das Fügewerkzeug von der
offenen Seite des jeweiligen Ringschalenteils her zum Einsatz gebracht und längs der
Profile zur Erzeugung der Verbindungsnaht oder der bevorzugt gleichzeitig mehreren
Nähte entlanggeführt werden kann. Die Zugänglichkeit ist gegenüber einem Schweißen
im geschlossenen Mantel deutlich verbessert.
[0014] Nach dem Fügen der Profile mit den Ringschalenteilen, wobei sich die Profile vorzugsweise
jeweils nur über die axiale Länge eines einzigen Ringschalenteils erstrecken, werden
die Ringschalenteile zu dem Walzenmantel gefügt. Für das Fügen der Ringschalenteile
gelten die Ausführungen zum Fügen der Profile in gleicher Weise. Die Ringschalenteile
werden ebenfalls bevorzugt durch Energiestrahlschweißen, besonders bevorzugt Elektronenstrahlschweißen,
gefügt Die Ringschalenteile können insbesondere mittels I-Verbindungsnähten längs
ihren bei dem Fügen einander zugewandten Stirnflächen gefügt werden. Die Verbindungsnähte
können zwar grundsätzlich mit einer Neigung zur Drehachse des zu erzeugenden Walzenmantels
weisen, bevorzugt erstrecken sich die Verbindungsnähte jedoch parallel zu der Drehachse.
Der Walzenmantel kann in axialer Richtung aus mehreren Mantelsegmenten gefügt sein,
wobei die umlaufende Verbindungsnaht oder die mehreren umlaufenden Verbindungsnähte
der Mantelsegmente ebenfalls bevorzugterweise I-Nähte sind,
[0015] Die Herstellung des Mantels aus Ringschalenteilen kommt zwar bevorzugt in Kombination
mit den erfindungsgemäß gebildeten Strömungskanälen zum Einsatz, das Fügen aus Ringschalenteilen
ist aber auch an sich von Vorteil, insbesondere in Kombination mit Profilen, die zur
Bildung von Strömungskanälen an der Innenfläche der Ringschalenteile angeordnet und
gefügt werden, bevor die Ringschalenteile miteinander zu dem Walzenmantel gefügt werden,
[0016] Der Mantel ist vorzugsweise aus Stahlblech geformt. Die Profile sind vorzugsweise
ebenfalls Stahlbleche.
[0017] Der Mantel kann über 8 m, auch über 10 m lang sein und einen Außendurchmesser von
über 100 cm, auch über 120 cm haben. Er ist einige Zentimeter dick. Die Profile können
ebenso lang wie der Mantel sein, gegebenenfalls auch etwas länger, vorzugsweise sind
sie um einige Zentimeter kürzer als der Mantel. Ist der Mantel aus Ringschalenteilen
zusammengesetzt, so gilt dies hinsichtlich gegebenenfalls überstehender Profile für
die axial links und rechts äußeren Ringschalenteile und entsprechend die dort angeordneten
axialen Abschnitte der Profile. Die Profile haben auf die innere Umfangsfläche des
Mantels gemessen eine Höhe aus dem Zentimeterbereich, vorzugsweise von 1 bis 8 cm.
V-Profile haben vorteilhafterweise eine Schenkellänge von 1 bis 10 cm. Die Dicke der
Profile, insbesondere der Seitenwände, beträgt einige Millimeter, vorzugsweise 2 bis
8 mm.
[0018] In den Kanälen können Einbauten angeordnet sein, um beispielsweise den Strömungsquerschnitt
zu verengen und dadurch den Wärmeübergang zum Mantel zu beeinflussen. Die Einbauten
können auch nur der Erzeugung von Turbulenz dienen, d.h. im Hinblick auf ihre Turbulenz
erzeugende Wirkung in ihrer Geometrie optimiert sein. Die Einbauten können vorteilhafterweise
in den Profilen angeordnet und, falls erforderlich, befestigt werden, bevor die Profile
mit dem Mantel gefügt werden.
[0019] Die Bildung der Kanäle mittels Profilen ermöglicht auch auf einfache Weise eine Variation
des Strömungsquerschnitts jedes Kanals oder ausgewählter Kanäle im axialen Verlauf
des jeweiligen Kanals. Eine einfache und daher bevorzugte Variation steht darin, die
radial zur Rotationsachse des Walzenkörpers gemessene Höhe der Kanäle oder nur der
ausgewählten Kanäle zu variieren. So können die von den beiden Schenkeln beispielsweise
eines V-Profils gebildeten Seitenwände oder auch die Seitenwände jedes anderen Profilquerschnitts
über die axiale Länge des jeweiligen Profils gesehen kürzer werden. So kann der Strömungsquerschnitt
in Strömungsrichtung des Temperierfluids verringert werden, um den Wärmeübergang auf
den Mantel durch die damit einhergehende Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit
bei abnehmender Temperaturdifferenz zwischen dem Temperierfluid und dem Mantel über
die axiale Länge des jeweiligen Kanals zu vergleichmäßigen.
[0020] Falls mit den Profilen Hin- und Rückstromkanäle gebildet werden, beispielsweise um
das Temperierfluid an einem axialen Ende des Mantels zu und am gleichen Ende wieder
abzuführen, können mehrere Gruppen von Profilen verwendet werden, wobei die Profile
innerhalb jeder Gruppe den gleichen Querschnitt und die Profile von Gruppe zu Gruppe
unterschiedlichen Querschnitt aufweisen So können die Profile der einen Gruppe einen
großen Querschnitt, d.h. eine große Querschnittsfläche und die Profile der anderen
oder einer von mehreren anderen Gruppe(n) einen kleineren Querschnitt aufweisen, um
Hinströmkanäle und Rückströmkanäle zu bilden, die sich im Querschnitt der Profile
voneinander unterscheiden. Insbesondere können mit den Profilen größeren Querschnitts
die Hinströmkanäle und den Profilen kleineren Querschnitts die Rückströmkanäle gebildet
werden. Vorteilhafterweise ist zwischen den Profilen größeren Querschnitts wenigstens
eines der Profile kleineren Querschnitts angeordnet. Sind die Profile mit dem kleineren
Querschnitt wie bevorzugt in Bezug auf die Rotationsachse radial flacher als die Profile
mit dem größeren Querschnitt, ist bei solch einer Anordnung auch noch die Zugänglichkeit
zu den zu fügenden Enden der Profile verbessert. Auch für derartige Ausführungen sind
einfache V- oder L-Profile von Vorteil, wobei es ferner auch noch bevorzugt wird,
dass die Schenkel dieser Winkel profile bei den beiden oder den noch mehr Gruppen
von Profilen jeweils den gleichen Winkel einschließen, beispielsweise jeweils rechtwinklig
zueinander weisen. Lediglich der Vollständigkeit wegen sei angemerkt, dass die Profile
der Hinströmkanäle und die Profile der Rückströmkanäle auch gleich sein können.
[0021] Das Temperierfluid wird vorzugsweise über einen Verteilerraum in die Kanäle oder
im Falle von Hin- und Rückströmkanälen in die Hinströmkanäle verteilt oder in einem
Sammelraum nach dem Durchströmen der Kanäle oder der Hinströmkanäle im Falle von Hin-
und Rückströmkanälen gesammelt. Hier wie auch sonst wird das Wort "oder" im Sinne
von "und/oder" verstanden, umfasst also jeweils die Bedeutung von "entweder....oder"
und auch die Bedeutung von "sowohl als auch". Dementsprechend kann entweder nur ein
Verteilerraum oder nur ein Sammelraum oder, wie bevorzugt, sowohl ein Verteilerraum
als auch ein Sammelraum oder es können mehrere Verteilerräume oder mehrere Sammelräume
vorgesehen sein. Der Verteilerraum oder Sammelraum ist an einem axialen Ende des Mantels,
beispielsweise in einem an dem axialen Ende angeordneten Zapfenflansch oder vorzugsweise
in dem Mantel gebildet. Strömt das Temperierfluid nur in einer axialen Richtung durch
den Walzenkörper, ist in bevorzugten Ausführungen am Einströmende ein Verteilerraum
und am Ausströmende ein Sammelraum gebildet. Als Verteilerraum oder Sammelraum wird
ein Raum verstanden, der in radialer Richtung bis zur Peripherie reicht oder dort
als Ringraum gebildet ist, um sämtliche Kanäle oder im Falle von Hin- und Rückströmkanälen
nur die Hinströmkanäle oder nur die Rückströmkanäle oder gegebenenfalls auch je nur
eine Untergruppe der Kanäle fluidisch miteinander zu verbinden,
[0022] Wird das Temperaturfluid am gleichen axialen Ende zugeführt und abgeführt, entspricht
es bevorzugten Ausführungen, wenn an diesem Zu- und Abführende ein Verteilerraum und
ein Sammelraum gebildet sind. In derartigen Ausführungen ist am gegenüberliegenden
Ende vorzugsweise ein Sammelraum gebildet. Ferner kann dort auch ein Verteilerraum
vorgesehen sein. Bei Ausbildung eines Verteilerraums oder Sammelraums oder mehrerer
Verteilerräume oder mehrerer Sammelräume kann einer oder können mehrere dieser Räume,
vorzugsweise alle diese Räume, in dem Mantel angeordnet sein. Alternativ kann jedoch
auch einer dieser Räume oder können mehrere der Räume oder alle diese Räume in einem
der Zapfenflansche oder den beiden Zapfenflanschen gebildet sein, Ferner sind auch
Mischformen denkbar, in denen ein Verteiler- oder Sammelraum in dem Mantel und ein
Sammel- oder Verteilerraum in einem der Zapfenflansche ausgebildet ist.
[0023] Ein Verteiler- oder Sammelraum kann vorteilhafterweise mit einer scheibenförmigen
oder flach gewölbten Trennstruktur, im bevorzugten einfachsten Fall einer zumindest
im Wesentlichen planen Trennscheibe, gebildet werden. Die Trennstruktur weist längs
ihres äußeren Umfangs Ausnehmungen für die Kanäle oder nur einen Teil der Kanäle auf.
Die betreffenden Kanäle durchragen die Trennstruktur im Bereich der Ausnehmungen oder
ragen in die Ausnehmungen oder bis zu den Ausnehmungen. Die Ausnehmungen sind an die
Außenkontur der sie durchragenden Kanäle angepasst geformt und mit diesen Kanälen
fluiddicht verbunden, beispielsweise verlötet oder bevorzugt verschweißt. Bei Verwendung
von V- oder L-Profilen weist die Trennstruktur über ihren äußeren Umfangsrand einen
entsprechend gezackten Verlauf auf.
[0024] In alternativen Ausführungen sind in einem einzigen oder in einem linken und einem
rechten Zapfenflansch Verbindungskanäle geformt, beispielsweise als radialerstreckte
Bohrungen, die eine zentrale Zu- oder Abführung mit einem Verteilerraum oder einem
Sammelraum mit den Kanälen oder einem Teil der Kanäle verbinden.
[0025] Über die bereits genannten Strömungsführungen, zum einen nur mit Hinströmkanälen,
d. h. mit Fluidzufuhr an einem axialen und Fluidabfuhr am anderen axialen Ende der
Walze, und einer einfachen Hin- und Rückströmung mit Zu- und Abführung am gleichen
Ende hinaus sind auch noch weitere Strömungsführungen realisierbar, beispielsweise
eine Dreifachdurchströmung, nämlich Zuführung an einem Walzenende, Hinströmung, Rückströmung,
nochmalige Hinströmung und Abführung am anderen Walzenende. Realisierbar ist ferner
auch eine vierfache Durchströmung des Walzenkörpers mit in Strömungsrichtung hintereinander
einem ersten Hinströmkanal, einem ersten Rückströmkanal, einem zweiten Hinströmkanal
und einen zweiten Rückströmkanal, also mit Zu- und Abführung des Temperierfluids am
gleichen Walzenende. Eine ebenfalls vorteilhafte Variante ist die Zufuhrung an einem
Walzenende und Verteilung in Hillströmkanäle, wobei am anderen Walzenende zwei benachbarte
Hinströmkanäle zu einem Rückströmkanal zusammengefasst werden, also das in den beiden
Hinströmkanälen zum anderen Ende strömende Fluid gänzlich oder zumindest aus beiden
Hinströmkanälen teilweise in einem Rückströmkanal zurückströmt und am gleichen Walzenende
wieder abgeführt wird.
[0026] Die Erfindung betrifft über den Walzenkörper als solchen hinaus auch eine den Walzenkörper
aufweisende Walze, die in einer Bahnbehandlungsmaschine, beispielsweise Papiermaschine,
eingebaut oder für den Einbau vorgesehen ist. Die Walze weist an den axialen Enden
des Walzenmantels jeweils einen Zapfenflansch für die Drehlagerung und die Fluidverteilung
oder zumindest Abdichtung und vorzugsweise auch für einen Drehantrieb auf Einer oder
beide Zapfenflansche können insbesondere einen am jeweiligen axialen Ende gebildeten
Verteilter- oder Sammelraum abschließen.
[0027] Weitere bevorzugte Merkmale werden in den Unteransprüchen und deren Kombinationen
beschrieben.
[0028] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Die an den Ausführungsbeispielen offenbar werdenden Merkmale bilden je einzeln und
in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend
erläuterten Ausgestaltung vorteilhaft weiter. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Walze mit Kanäle bildenden Profilen und Trennscheiben zur Bildung von Verteiler-
und Sammelräumen,
- Figur 2
- einen Walzenkörper der Walze in einem Querschnitt,
- Figur 3
- einen Umfangsabschnitt des Walzenkörpers im Querschnitt,
- Figur 4
- einen Umfangsabschnitt eines hinsichtlich der Profile modifizierten Walzenkörpers,
- Figur 5
- einen Umfangsabschnitt eines hinsichtlich der Profile nochmals modifizierten Walzenkörpers,
- Figur 6
- eine Walze mit Kanäle bildenden Profilen und in Zapfenflanschen gebildeten Verteiler-
und Sammelräumen,
- Figur 7
- den Querschnitt C-C der Figur 6,
- Figur 8
- den Querschnitt D-D der Figur 6,
- Figur 9
- das Detail A der Figur 6,
- Figur 10
- eine Walze mit Kanäle bildenden Profilen und einer modifizierten Ausbildung von Verteiler-
und Sammelräumen in den Zapfenflanschen,
- Figur 11
- den Querschnitt E-E der Figur 10,
- Figur 12
- den Querschnitt F-F der Figur 10,
- Figur 13
- einen Ausschnitt einer Walze mit Kanäle bildenden Profilen und einem geschweißten
Verteiler- und Sammelsystem,
- Figur 14
- einen Walzenkörper mit einem aus Ringschalenteilen gefügten Mantel in einem Querschnitt,
- Figur 15
- ein axiales Segment des aus Ringschaltenteilen gefügten Walzenkörpers der Figur 14,
- Figur 16
- einen aus zwei Segmenten der Figur 15 gefügten Walzenkörper,
- Figur 17
- einen aus mehreren Segmenten und Ringschalenteilen zusammengesetzten Walzenkörper
und
- Figur 18
- einen aus mehreren Segmenten und Ringschalenteilen zusammengesetzten Walzenkörper
in einer Seitenansicht.
[0029] Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Walze für die thermomechanische Behandlung
eines bahnförmigen Materials, beispielsweise einer Papierbahn in einer Papiermaschine.
Die Walze kann insbesondere eine Kalanderwalze sein. Die Walze umfasst einen Walzenkörper
mit einem hohlzylindrischen Mantel 1, einen ersten Zapfenflansch 2 und einen zweiten
Zapfenflansch 3, die an gegenüberliegenden axialen Enden an dem Mantel 1 befestigt
sind. Die Zapfenflansche 2 und 3 dienen der Drehlagerung des Walzenkörpers um eine
Rotationsachse R. Der Zapfenflansch 2 bildet den Antriebsflansch, auf den das Drehmoment
für den Drehantrieb der Walze eingeleitet wird, Der Zapfenflansch 3 dient der Zu-
und Abführung eines Temperierfluids, beispielsweise eines Thermalöls, mit dem der
Mantel 1 auf eine für die Behandlung des bahnförmigen Materials gewünschte Temperatur
temperiert wird.
[0030] Im Inneren des Mantels 1 ist ein Verteilersystem für das Temperierfluid gebildet.
Durch den Zapfenflansch 3 erstrecken sich in axialer Richtung eine zentrale Zuführung
4 und konzentrisch um die Zuführung 4 eine Abführung 5 für das Temperierfluid. Die
Abführung 5 wird mittels eines in den Zapfenflansch 3 eingesetzten Rohrs als Ringspalt
zwischen dem Rohr und einer umgebenden Mantelinnenfläche des Zapfenflansches 3 erhalten.
Alternativ könnte die Abführung 5 auch mit Bohrungen erhalten werden, die sich axial
durch den Zapfenflansch 3 erstrecken. In noch einer Modifikation könnten die Abführung
5 zentral und die Zuführung 4 die Abführung 5 umgebend ausgebildet sein. Das Temperierfluid
ist durch die Zuführung 4 dem Verteilersystem zuführbar und durch die Abführung 5
abführbar. Zu dem Verteilersystem gehören sowohl auf der den Flanschzapfen 3 umfassenden
Zu- und Abführseite der Walze als auch auf der den Flanschzapfen 2 umfassenden Antriebseite
jeweils ein Verteilerraum 6 und ein Sammelraum 7 sowie periphere Temperierkanäle 10a
und 10b, die sich axial über die gesamte Länge des Mantels 1 erstrecken, jedenfalls
über die gesamte Länge, mit der die Walze auf eine zu behandelnde Bahn maximaler Breite
einwirkt. Die Temperierkanäle 10a und 10b sind um die Rotationsachse R gleichmäßig
verteilt an der inneren Umfangsfläche des Mantels 1 gebildet. Die Temperierkanäle
10a sind Hinströmkanäle, und die Temperierkanäle 10b sind Rückströmkanäle. Die Temperierkanäle
10a und 10b sind in Umfangsrichtung alternierend aufeinander folgend nebeneinander
angeordnet, d.h. auf jeweils einen Hinströmkanal 10a folgt in Umfangsrichtung ein
Rückströmkanal 10b und auf jeden Rückströmkanal 10b ein Hinströmkanal 10a.
[0031] Die beiden Verteilerräume 6 und die beiden Sammlerräume 7 werden von Trennstrukturen
8 und 9 und jeweils einem der Zapfenflansche 2 und 3 axial begrenzt, auf der Zu- und
Abführseite von der dortigen Trennstruktur 9 auch fluidisch voneinander getrennt.
Die Trennstrukturen 8 und 9 sind kreisscheibenförmig mit jeweils einem gezackten äußeren
Umfangsrand. Die Trennstrukturen 8 und 9 sind an dem jeweiligen axialen Ende des Mantels
1 in einem geringen axialen Abstand zueinander und ebenfalls in einem geringen axialen
Abstand zum jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 angeordnet, so dass die Verteilerräume
6 und Sammelräume 7 jeweils zylinderscheibenförmig sind. Auf der Zu- und Abführseite
begrenzen die Trennstrukturen 8 und 9 zwischen sich den Verteilerraum 6 und der Zapfenflansch
3 mit der Trennstruktur 9 den Sammelraum 7. Auf der gegenüberliegenden Antriebseite
begrenzen die Trennstrukturen 8 und 9 axial zwischen sich den Sammelraum 7, und die
Trennstruktur 9 begrenzt mit dem Zapfenflansch 2 den Verteilerraum 6.
[0032] In Betrieb der Walze wird das Temperierfluid durch die Zuführung 4 zentral in den
Verteilerraum 6 der Zu- und Abführseite eingeleitet, und strömt am Umfangsrand der
axial inneren Trennstruktur 8 in die Hinströmkanäle 10a. Das Temperierfluid durchströmt
die Hinströmkanäle 10a in axialer Richtung und gelangt über den äußeren Umfangsrand
der axial gegenüberliegend inneren Trennstruktur 8 in den dortigen Sammelraum 7, wird
dort in Richtung auf die Rotationsachse R nach innen umgeleitet und strömt durch eine
zentrale Öffnung der axial äußeren Trennstruktur 9 in den Verteilerraum 6. Das Temperierfluid
strömt durch den Verteilerraum 6 der Antriebseite nach radial außen und gelangt über
den äußeren Umfangsrand der Trennstruktur 9 in die Rückströmkanäle 10b, Das Temperierfluid
durchströmt die Rückströmkanäle 10b in axialer Richtung, wird auf der Zu- und Abführseite
in dem dortigen Sammelraum 7 gesammelt und strömt durch den Sammelraum 7 und die zentrale
Abführung 5 zurück in das externe Fluidversorgungssystem der Walze.
[0033] Figur 2 zeigt den Walzenkörper in dem in Figur 1 eingetragenen Querschnitt B-B. Die
Temperierkanäle 10a und 10b werden nach radial außen von dem Mantel 1, d.h. von der
inneren Umfangsfläche des Mantels 1, und nach innen von Profilen P begrenzt, die in
Umfangsrichtung um die Rotationsachse R nebeneinander an der inneren Umfangsfläche
des Mantels 1 angeordnet und mit dem Mantel 1 durch Schweißen über ihre gesamte axiale
Länge fest und fluiddicht gefügt sind. Die Temperierkanäle 10a und 10b werden je von
einem einzigen Profil P und dem Mantel 1 begrenzt, d.h. der Mantel 1 und je eines
der Profile P bilden gemeinsam die Umfangswand des jeweiligen Temperierkanals 10a
oder 10b.
[0034] Die Profile P sind Winkelprofile, im Ausführungsbeispiel gleichschenklige L-Profile
mit einem ersten Schenkel 11 und einem zweiten Schenkel 12, die miteinander einen
Winkel α von zumindest im Wesentlichen 90° einschließen. Die Profile P liegen eng
beabstandet nebeneinander, so dass in Umfangsrichtung nächstbenachbarte Profile P
mittels einer gemeinsamen axial kontinuierlich durchgehenden Schweißnaht 13 mit dem
Mantel 1 verbunden sind. Die Schweißnähte 13 werden unter Pulver oder noch bevorzugter
mittels Elektronenstrahl geschweißt.
[0035] Figur 3 zeigt einen Umfangsabschnitt des Walzenkörpers. Zur Erläuterung der geometrischen
Verhältnisse hinsichtlich der Schweißvor-bereitung ist rechts ein Profil P vor Herstellung
der Schweißverbindung und in der linken Hälfte der Figur 3 ein Profil P nach Erzeugung
der Schweißnaht 1.3 dargestellt.
[0036] Die Schenkel 11 und 12 bilden die Seitenwände des vom jeweiligen Profil P begrenzten
Temperierkanals 10a oder 10b, und der Mantel 1 bildet die Außenwand. Im Querschnitt
werden im Ausführungsbeispiel Temperierkanäle 10a und 10b mit dreieckigem Strömungsquerschnitt
erhalten. Die Profile P sind jeweils mit der Innenkante ihrer Schenkel 11 und 12 an
der inneren Umfangsfläche des Mantels 1 angesetzt. Die freien Stirnflächen der Schenkel
11 und 12 weisen senkrecht zu dem jeweiligen Schenkel 11 oder 12 und dementsprechend
unter einem Winkel α von etwa 45° zur inneren Umfangsfläche des Mantels 1, d. h. sie
schließen mit der inneren Umfangsfläche daher jeweils einen Winkel β von etwa 45°
ein und begrenzen entsprechend mit der inneren Umfangsfläche einen keilförmigen Zwischenraum,
in den der pulverförmige Zusatzwerkstoff für den Schweißprozess eingebracht wird,
indem im hohlen Mantel 1 unter Pulver geschweißt wird. Jeweils nächstbenachbarte Profile
P sind in einem in Umfangsrichtung geringen Abstand voneinander an die innere Umfangsfläche
des Mantels 1 angesetzt, so dass der Zusatzwerkstoff in den Zwischenraum zwischen
dem Mantel 1 und den Stirnflächen der jeweils nächstbenachbarten Schenkel 11 und 12
dringen kann. Durch das Schweißen werden die Schweißnähte 13 wie in der rechten Hälfte
der Figur 3 schematisch dargestellt pro Schenkel 11 oder 12 jeweils in Form einer
V-Naht, genauer gesagt einer Halb-V-Naht erzeugt, wobei jeweils eine Schweißnaht 13
die jeweils nächstbenachbarten Schenkel 11 und 12 gemeinsam mit dem Mantel 1 verbindet.
Die Schweißnähte 13 können durch abtragende Nachbearbeitung, beispielsweise Schleifen,
zwischen den nächstbenachbarten Schenkeln 11 und 12 als Hohlkehlen geformt werden,
um Kerbwirkungen zu vermeiden.
[0037] Figur 4 zeigt einen Umfangsabschnitt eines hinsichtlich des Querschnitts der Temperierkanäle
10a und 10b modifizierten Walzenkörpers 1. Die Modifikation besteht darin, dass die
Rückströmkanäle 10b gegenüber den Hinströmkanälen 10a einen kleineren Strömungsquerschnitt
aufweisen, so dass das Temperierfluid die Rückströmkanäle 10b mit einer größeren Strömungsgeschwindigkeit
als die Hinströmkanäle 10a durchströmt und auf diese Weise die in den Rückströmkanälen
10b bereits reduzierte Temperaturdifferenz zwischen dem Temperierfluid und dem Mantel
1 zumindest teilweise kompensiert wird. Die Hinströmkanäle 10a entsprechen den Hinströmkanälen
10a der Figuren 2 und 3, Die Profile der Hinströmkanäle 10a sind mit P
a und die Profile der Rückströmkanäle 10b mit P
b bezeichnet. Die Profile P
b sind ebenfalls Winkelprofile, im Ausführungsbeispiel L-Profile mit zumindest im Wesentlichen
rechtwinklig zueinander weisenden Schenkeln 11 und 12- Die Profile P
b unterscheiden sich von den Profilen P
a lediglich durch die radiale Höhe bzw. die Länge der Schenkel 11 und 12, die bei den
Profilen P
b gegenüber den Profilen P
a reduziert ist. Weitere Unterschiede bestehen zu den Profilen P der Figuren 2 und
3 nicht. Durch die reduzierte Schenkellänge bzw. radiale Höhe rücken die Hinströmkanäle
10a in Umfangsrichtung naher zueinander. Im Ergebnis wird wegen der reduzierten radialen
Höhe der Rückströmkanäle 10b dennoch Raum für das Fügewerkzeug, in Ausführungsbeispiel
das Schweißwerkzeug, gewonnen. Die Zugänglichkeit des Fügebereichs und die Überprüfbarkeit
der Schweißnähte 13 werden nochmals verbessert.
[0038] Figur 5 zeigt einen Umfangsabschnitt des Walzenkörpers 1 mit einer anderen Modifikation
in Bezug auf die Anordnung von Profilen P. Sämtliche Profile P entsprechen den Profilen
P im Ausführungsbeispiel der Figur 3 und den Profilen P
a des Ausführungsbeispiels der Figur 4. Hin- und Rückströmkanäle 10a und 10b werden
somit wieder wie im Ausführungsbeispiel der Figur 3 durch jeweils im Querschnitt gleiche
Profile P gebildet. Im Unterschied zu den beiden anderen Ausführungsbeispielen sind
die Schenkel 11 und 12 jedes Profils P mittels jeweils einer eigenen separaten Verbindungsnaht
14 mit dem Walzenkörper 1 verbunden. Die Profile P sind von ihren beiden jeweils nächstbenachbarten
Profilen P in Umfangsrichtung des Walzenkörpers 1 entsprechend weit beabstandet, so
dass die Verbindungsnähte 14 pro Schenkel 11 und 12 einzeln jeweils als V-Naht erzeugt
werden können. Aufgrund des vergrößerten Abstands zwischen jeweils nächstbenachbarten
Profilen P wird die Zugänglichkeit beim Schweißen gegenüber den beiden anderen Beispielen
verbessert. Von diesem Unterschied abgesehen entspricht das Ausführungsbeispiel der
Figur 5 dem Ausführungsbeispiel der Figur 3.
[0039] Die Profile P sowie P
a und P
b können in besonders bevorzugten Ausführungen auch mittels Energiestrahlschweißen,
insbesondere Elektronenstrahlschweißen, mit dem Mantel 1 und vorzugsweise auch jeweils
paarweise miteinander verschweißt werden, indem sie in Umfangsrichtung dicht nebeneinander
angeordnet werden, wobei sie einander seitlich auch kontaktieren können. Für das Fügen
ohne Zusatzwerkstoff werden vorteilhafterweise artgleiche Werkstoffe miteinander verschweißt.
Für das Energiestrahlsclaweißen können die Profile P oder P
a und P
b wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt mit jeweils einer inneren Kante an der Stirnseite
der Seitenwände 11 und 12 in einem linienförmigen Kontakt mit der Innenfläche des
Mantels 1 angeordnet werden. Alternativ können die Profilschenkel 11 und 12 an ihren
Stirnseiten aber auch abgeflacht werden, um Flächenkontakt mit dem Mantel 1 zu erhalten.
Sie können an den Stirnseiten auch gerundet sein.
[0040] Aus der Querschnittsdarstellung der Figur 2 ergibt sich auch die Querschnittsform
der Trennstrukturen 8 und 9. Die Trennstrukturen 8 entsprechen im Querschnitt bei
gleichen Profilen P dem in Figur 2 freien Innenquerschnitt des Mantels 1. Die beiden
axial inneren Trennstrukturen 8 dichten den Verteilerraum 6 auf der Zu- und Abführseite
und den Sammelraum 7 auf der gegenüberliegenden Seite axial nach innen ab. Sie weisen
einen bis zum Umfangsrand geschlossenen Kreisquerschnitt auf und sind an ihrem äußeren
Umfangsrand entsprechend der Querschnittsform der Profile P und in der modifizierten
Ausführung der Profile P
a und P
b gezackt, und mit den Profilen P und im modifizierten Ausführungsbeispiel den Profilen
P
a und P
b fest und fluiddicht verbunden. Die axial äußeren Trennstrukturen 9 unterscheiden
sich von den axial inneren Trennstrukturen 8 insbesondere im Verlauf ihres äußeren
Umfangs, da sie nur noch von den Profilen P oder P
b der Rückströmkanäle 10b durchragt werden. Es fehlen, mit anderen Worten, bei den
äußeren Trennstrukturen 9 nur die Durchgänge für die Profile P bzw. P
a für die Hinströmkanäle 10a. Desweiteren ist in den äußeren Trennstrukturen 9 im Ausführungsbeispiel
je eine zentrale Durchbrechung vorgesehen, auf der Zu- und Abführseite für das einströmende
und auf der gegenüberliegenden Seite für das den Rückströmkanälen 10b zuzuführende
Temperierfluid. Nach axial außen werden der Sammelraum 7 auf der Zu-und Abführseite
und der Verteilerraum 6 auf der gegenüberliegenden Seite vom jeweiligen Zapfenflansch
2 oder 3 abgeschlossen.
[0041] Zu den Verteilerräumen 6 und Sammelräumen 7 ist noch zu bemerken, dass diese im Ausführungsbeispiel
noch innerhalb des Mantels 1 gebildet sind. In einer Modifikation könnte zumindest
einer oder könnten beide axial äußeren Räume 6 bzw. 7 im jeweiligen Zapfenflansch
2 oder 3 gebildet sein. In noch einer weiteren Modifikation können an einem axialen
Ende oder an beiden axialen Enden beide Räume 6 und 7 im jeweiligen Zapfenflansch
2 oder 3 gebildet sein.
[0042] Figur 6 zeigt eine Walze mit dem Profilsystem des Ausführungsbeispiels der Figur
4 und einem Verteiler- und Sammelsystem, dass in den Zapfenflanschen 2 und 3 gebildet
ist. Die Figuren 7 und 8 zeigen die in Figur 6 eingetragenen Querschnitte C-C und
D-D. Figur 9 zeigt eine Ansicht auf die Zu- und Abführseite der Walze, die in den
Figuren 6 und 9 mit A bezeichnet ist. Die Abführung 5 wird von mehreren gleichmäßig
um die zentrale Zuführung 4 verteilt angeordneten axialen Zuführkanälen im Zapfenflansch
3 gebildet. Das Fluid wird auf der Zu- und Abführseite durch die zentrale Zuführung
4 zugeführt, im Zapfenflansch 2 über Verbindungskanäle 4a nach außen in einen peripheren
als Verteilerraum 16 dienenden Ringkanal geleitet, Die Verbindungskanäle 4a und der
Verteilerraum 16 sind im Zapfenflansch 3 gebildet. Die Hinströmkanäle 10a verbinden
den Verteilerraum 16 mit einem ebenfalls als Ringkanal gebildeten Sammelraum 17, der
am gegenüberliegenden Ende der Walze im Zapfenflansch 2 gebildet ist. Von diesem Sammelraum
17 führen Verbindungskanäle 4b in einen zentralen Raum 18 im Zapfenflansch 2. Der
Raum 18 ist über weitere Verbindungskanäle 4c, die ebenfalls im Zapfenflansch 2 gebildet
sind, mit einem zweiten Verteilerraum 16 verbunden. Der zweite Verteilerraum 16 ist
im Zapfenflansch 2 ebenfalls als Ringkanal gebildet. Der Verteilerraum 16 verteilt
das Temperierfluid in die Rückströmkanäle 10b, die in einen Sammelraum 17 münden,
der auf der Zu- und Abführseite die Rückströmkanäle 10b über Verbindungskanäle 4d
mit der Abführung 5 verbindet. Der Sammelraum 17 der Zu- und Abführseite ist im Zapfenflansch
3 ebenfalls als Ringkanal gebildet. Die Verbindungskanäle 4a, 4b, 4c und 4d sind im
Zapfenflansch 2 oder 3 jeweils als radiale Bohrungen gebildet, die die Verteiler-
und Sammelräume 16 und 17 im jeweiligen Zapfenflansch 2 oder 3 mit der Zuführung 4
oder der Abführung 5 oder dem Raum 18 verbinden.
[0043] Figur 10 zeigt eine weitere Walze mit der Konfiguration der Profile P
a und P
b der Figur 4 und einem in den Zapfenflanschen 2 und 3 gebildeten Verteiler- und Sammelsystem
für das Temperierfluid. Die Zu- und Abführseite entspricht dem Ausführungsbeispiel
der Figuren 6 bis 9. Lediglich das gegenüberliegende Ende der Walze ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis 9 modifiziert, indem dort kein Verteilerraum,
sondern nur ein Sammelraum 17 in Form eines umlaufenden, in sich zurücklaufenden Ringkanals
im Zapfen 2 gebildet ist. Dieser Sammelraum 17 wird nach radial außen vom Walzenkörper
1 abgeschlossen, wie dies auch für die Verteiler- und Sammelräume 16 und 17 des Ausführungsbeispiels
der Figuren 6 bis 9 der Fall ist. Das Fluid wird wie dort durch die zentrale Zuführung
4 zugeführt, über die Verbindungskanäle 4a nach außen in den Verteilerraum 16 der
Zu- und Abführseite geleitet und gelangt von dort in die Hinströmkanäle 10a. Das die
Hinströmkanäle 10a durchströmende Temperierfluid wird auf der gegenüberliegenden Seite
im Sammelraum 17 gesammelt und strömt durch die Rückströmkanäle 10b zur Zu- und Abführseite
zurück, wird im dortigen Sammelraum 17 gesammelt und über die Verbindungskanäle 4d
und die Abführung 5 wieder im Kreislauf zwecks Temperierung zurückgeführt. Zu dem
Verteilerraum 16 der Zu- und Abführseite beider Ausführungsbeispiele ist noch zu bemerken,
dass sämtliche Hinströmkanäle 10a mit diesem Verteilerraum 16 verbunden sind, sämtliche
Rückströmkanäle 10b jedoch durch diesen Verteilerraum 16 hindurch bis zu dem Sammelraum
17 der Zu- und Abführseite geführt sind. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis
9 münden sämtliche Hinströmkanäle 10a in den Sammelraum 17 auf der Seite des Zapfenflansches
2, während sämtliche Rückströmkanäle 10b fluidisch getrennt durch diesen Sammelraum
17 hindurchgeführt sind und in den dortigen Verteilerraum 16 münden, Im Ausführungsbeispiel
der Figur 10 münden hingegen sämtliche Hin- und Rückströmkanäle 10a und 10b in den
Sammelraum 17 auf der Seite des Zapfenflansches 2.
[0044] Figur 13 zeigt einen Ausschnitt einer Walze mit einem geschweißten Verteiler- und
Sammelsystem. Dargestellt ist lediglich ein Ausschnitt des Walzenendes mit dem Zapfenflansch
3. Das Verteiler- und Sammelsystem wird mit Verbindungsrohren und Verteilringen erhalten,
die miteinander verschweißt sind. Die Verbindungsrohre bilden Verbindungskanäle 4a
funktional wie bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 bis 12. Die Verbindungsrohre
sind daher ebenfalls mit 4a bezeichnet. Erkennbar ist ferner ein Verteilerring 16,
der an die Rohre 40 und den Walzenkörper 1 sowie die Profile P angeschweißt ist. Der
Einfachheit halber wird angenommen, dass die Anordnung der Profile P dem Ausführungsbeispiel
der Figur 3 entspricht. Mit 19 ist ein zentraler Verteilertopf bezeichnet, der fest
mit dem Zapfenflansch 3 verbunden ist, beispielsweise verschraubt, und dem Anschluss
der Verbindungsrohre 4a an die Zuführung 4 dient. Falls der Zapfenflansch 3 wie in
den anderen Ausführungsbeispielen sowohl der Zuführung als auch der Abführung des
Temperierfluids dient, kann in dem Verteilertopf 19 ein weiterer Verteilertopf angeordnet
sein, in den geschweißte Rohre zur Bildung der Verbindungskanäle 4d der Ausführungsbeispiele
der Figuren 6 bis 12 führen. In alternativen Ausführungen kann das Temperierfluid
jedoch auch an der gegenüberliegenden Seite durch den Zapfenflansch 2 abgeführt werden.
In derartigen Ausführungen sind auf der Seite des Zapfenflansches 3 somit nur das
Verteilersystem und an der gegenüberliegenden Seite nur das Sammelsystem gebildet.
Das Sammelsystem entspräche konstruktiv dem Verteilersystem der Zuführseite, Mit 20
ist ein Druckausgleichsspalt bezeichnet.
[0045] Obgleich das Verteiler- und Sammelsystem vorzugsweise entweder nur mit Trennscheiben
oder in den Zapfenflanschen geformten Verteiler- oder Sammelräumen oder nur als geschweißtes
Verteiler- und Sammelsystem gebildet ist, sollen Mischformen der unterschiedlichen
Verteiler- und Sammelsysteme nicht ausgeschlossen werden, beispielsweise die Bildung
eines Verteiler- oder Sammelraums an einem Walzenende mittels einer oder mehrerer
Trennscheiben und die Formung eines Verteilerraums oder Sammelraums am anderen Walzenende
im dortigen Zapfenflansch. So kann beispielsweise das Walzenende der Zu- und Abführseite
entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 und das gegenüberliegende Walzenende
dem Ausführungsbeispiel der Figur 6, der Figur 10 oder der Figur 13 entsprechend ausgebildet
sein. Ferner kann das Walzenende mit dem Zapfenflansch 2 der Figur 6 beispielsweise
gegen das geschweißte System der Figur 13 oder das Trennscheibensystem beim Zapfenflansch
der Figur 1 ersetzt werden, um nur einige Beispiele zu nennen.
[0046] Figur 14 zeigt einen Walzenmantel, der aus Ringschalenteilen 1a, 1b und 1c gefügt
ist. Die Ringschalenteile 1a, 1b und 1c sind untereinander gleich. Sie erstrecken
sich in Umfangsrichtung um die Drehachse R über einen Winkel γ von jeweils 120° und
stoßen mit ihren axial erstreckten, parallel zu der Drehachse R weisenden Stirnseiten
aneinander. In den Stoßbereichen sind sie jeweils mittels einer axial kontinuierlichen
1-Schweißnaht 1d paarweise gefügt.
[0047] Der Aufbau des Walzenmantels aus Ringschalenteilen 1a, 1b und 1c erleichtert das
Anordnen und Fügen der Profile P, ersatzweise der Profile P
a und P
b, an den Mantelinnenflächen der Ringschalenteile 1a, 1b und 1c. Die Ringschalenteile
1a, 1b und 1c weisen zylindrische innere und äußere Umfangsflächen auf.
[0048] Zum Fügen werden die Profile P auf der Innenfläche des jeweiligen Ringschalenteils
1a oder 1b oder 1c angeordnet und durch Elektronenstrahlschweißen mit dem Ringschalenteil
1a, 1b oder 1c gefügt. Bevorzugt werden die Profile P, ersatzweise die Profile P
a und P
b oder andersartige Profile, in Umfangsrichtung so dicht nebeneinander angeordnet,
dass mit dem gleichen Energiestrahl die nächstbenachbarten Seitenwände mit dem jeweiligen
Ringschalenteil 1a, 1b oder 1c verschweißt werden. Um den Schweißvorgang zu beschleunigen,
können gleichzeitig mehrere Energiestrahlen axial entlang den Profilen P in Schweißrichtung
vorwärts bewegt und dabei kontinuierlich pro Energiestrahl eine der Verbindungsnähte
erzeugt werden. Besonders bevorzugt werden vier in Umfangsrichtung aufeinander folgende
Verbindungsnähte erzeugt. Bei der bevorzugten Anordnung dicht nebeneinander handelt
es sich um Verbindungsnähte 13, im Falle einer Anordnung der Profile P oder P
a und P
b mit Abstand um Verbindungsnähte 14 (Figur 5). Bei Anordnung dicht nebeneinander können
die Profile P oder P
a und P
b, so wie in den Figuren 3 und 4 oder bevorzugt in Umfangsrichtung noch dichter beieinander
angeordnet werden.
[0049] Nach dem Fügen der Profile P, P
a und P
b oder Profile anderer Art, werden die Ringschalenteile 1a, 1b und 1c entweder paarweise
oder gleichzeitig alle drei relativ zueinander in einer Fügeposition fixiert und die
Verbindungsnähte 1d erzeugt. Die Verbindungsnähte 1d werden wie gesagt vorzugsweise
ebenfalls mittels Elektronenstrahlschweißen erzeugt. Die Anordnung der Profile ist
vorzugsweise derart, dass bei dem Erzeugen der Verbindungsnähte 1d auch gleichzeitig
eine der Verbindungsnähte für die Profile erzeugt wird. So können insbesondere wie
in Figur 14 dargestellt an den beiden freien Umfangsenden der Ringschalenteile 1a,
1b und 1c jeweils eines der Profile mit einer seiner beiden Seitenwände auslaufen,
so dass die betreffende Verbindungsnaht für das Profil radial in Überdeckung mit der
jeweiligen Verbindungsnaht 1d zu liegen kommt.
[0050] Figur 15 zeigt ein aus drei Ringschalenteilen 1a, 1b und 1c gefügtes axiales Segment
für einen axial längeren Walzenmantel, beispielsweise für die Walzenmäntel 1 der Figuren
16 und 18. Die Ringschalenteile 1a, 1b und 1c können einen Walzenmantel 1 auch bereits
alleine bilden.
[0051] Figur 16 zeigt einen Walzenmantel 1, der aus zwei axialen Segmenten entsprechend
dem Segment der Figur 15 gefügt ist, indem die beiden Segmente miteinander durch Erzeugung
einer umlaufenden Verbindungsnaht 1e gefügt sind.
[0052] Figur 17 zeigt ein weiteres Fügebeispiel für einen Walzenmantel 1 aus Ringschalenteilen
1a, 1b und 1c. In axialer Richtung weist dieser Walzenmantel 1 jeweils vier dieser
Ringschalenteile nebeneinander auf. Figur 17 zeigt, dass die Ringschalenteile 1a,
1b und 1c zum Fügen des zusammengesetzten Walzenmantels 1 in einem ersten Schritt
beispielsweise in Dreiergruppen zu jeweils einem Mantelsegment entsprechend der Figur
15 gefügt und dann mittels Verbindungsnähten 1e axial paarweise aneinander gefügt
werden können. Figur 17 zeigt alternativ auch, dass die Ringschalenteile 1a, 1b und
1c in quasi freier Reihenfolge miteinander gefügt werden können und nicht in einem
ersten Schritt jeweils Segmente entsprechend Figur 15 hergestellt und anschließend
axial aneinander stoßend gefügt werden müssen. Das Fügen von zuerst Segmenten entsprechend
der Figur 15 und das anschließende Zusammenfügen solcher Segmente wird jedoch bevorzugt.
[0053] Figur 18 zeigt einen aus einer Vielzahl von axialen Segmenten zusammengesetzten Walzenmantel
1, wobei jedes dieser Segmente aus den Ringschalenteilen 1a, 1b und 1c besteht.
1. Walzenkörper für die Behandlung bahnförmigen Materials, umfassend
a) einen Mantel (1)
b) und an einer inneren Umfangsfläche des Mantels (1) um eine Rotationsachse (R) des
Walzenkörpers verteilt angeordnete Profile (P; Pa, Pb), die mit dem Mantel (1) zumindest im wesentlichen axial erstreckte Kanäle (10a,
10b) für ein Temperierfluid bilden,
c) wobei der Mantel (1) jeweils eine Außenwand und die Profile (P; Pa, Pb) Seitenwände (11, 12) der Kanäle (10a, 10b) bilden
d) und wobei die Seitenwände (11, 12) jeweils mittels einer durch Stoffschluss erzeugten
Verbindungsnaht (13; 14) mit dem Mantel (1) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) die Seitenwände (11, 12) von nächstbenachbarten Profilen (P; Pa, Pb) bis in die Verbindungsnaht (13) zu dem Mantel (1) im Querschnitt eine Neigung von
weniger als 90° aufweisen, so dass sie von der Verbindungsnaht (13; 14) aus voneinander
weg weisen.
2. Walzenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (P; Pa, Pb) jeweils einen ersten Schenkel (11) und einen zweiten Schenkel (12) aufweisen, die
die Seitenwände (11, 12) bilden und sich in Richtung auf eine offene Seite des Profils
(P; Pa, Pb) erstrecken und mit ihren Stirnseiten jeweils in einer der Verbindungsnähte (13;
14) enden.
3. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- die Profile (P; Pa, Pb) sind Winkelprofile, vorzugsweise L- oder V-Profile;
- die Seitenwände sind (11, 12) gerade.
4. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (11, 12) in Richtung auf die Innenflächen des Mantels (1) weisen
und jeweils an ihrer der Innenfläche des Mantels (1) zugewandten Stirnseite so geformt
sind, dass sie bei Herstellung der Verbindungsnähte (13; 14) mit der Innenfläche des
Mantels (1) flächenhaft oder nur längs einer Kante linienhaft in Kontakt sind.
5. Walzenkörper nach einen der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- die Seitenwände (11, 12) weisen je eine dem Mantel (1) zugewandte Stirnfläche auf,
die mit dem Mantel (1) vor Erzeugung der jeweiligen Verbindungsnaht (13; 14) einen
Winkel (β) einschließt, der größer als 0° und kleiner als 90° ist;
- die Verbindungsnähte sind (13; 14) V-Nähte.
6. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- die Verbindungsnähte (1.3; 14) sind Schweißnähte, Lötnähte oder gebondete Nähte;
- die Verbindungsnähte sind unter Pulver oder Schutzgas oder mittels Laser- oder vorzugsweise
Elektronenstrahl geschweißt;
- die Enden der Seitenwände (11, 12) von nächstbenachbarten Profilen (P; Pa, Pb) sind mittels der gleichen Verbindungsnaht (13) oder je einer separaten Verbindungsnaht
(14) mit dem Mantel (1) verbunden.
7. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- in wenigstens einem Teil der Profile (P; Pa, Pb) sind den Strömungsquerschnitt verengende oder Turbulenz erzeugende Einbauten angeordnet;
- wenigstens ein Teil der Profile (P; Pa, Pb) weist eine Querschnittskontur auf, die in axialer Richtung variiert;
- wenigstens ein Teil der Profile (P; Pa, Pb) weist eine Querschnittskontur auf, deren radiale Höhe variiert.
8. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) aus Ringschalenteilen (1a, 1b, 1c) gefügt ist, die sich in Umfangsrichtung
über einen Winkel (γ) von jeweils höchstens 180° erstrecken, und die Ringschalenteile
(1a, 1b, 1c) mittels axial erstreckter Verbindungsnähte (1d), vorzugsweise durch Energiestrahlschweißcn
hergestellte Schweißnähte, miteinander gefügt sind.
9. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
(i) an einem axialen Ende des Mantels (1), vorzugsweise axial innerhalb des Mantels
(1), ein Verteilerraum (6) oder Sammelraum (7) vorgesehen ist, über den das Temperierfluid
in wenigstens einen Teil der Kanäle (10a, 10b) verteilt oder aus wenigstens einem
Teil der Kanäle (10a, 10b) gesammelt wird,
(ii) an dem Ende in dem Mantel (1) eine scheibenförmige Trennstruktur (8, 9) angeordnet
ist,
(iii) die Profile (P; Pa, Pb) oder nur eine Gruppe der Profile (P; Pa, Pb) in oder durch die Trennstruktur (8, 9) in den Verteilerraum (6) oder Sammelraum
(7) ragt oder ragen
(iv) und die Trennstruktur (8, 9) längs ihres äußeren Umfangsrands um die Rotationsachse
(R) umlaufend dicht mit den Profilen (P; Pa, Pb) oder nur der Gruppe der Profile (P; Pa, Pb) verbunden ist.
10. Walzenkörper nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende eine weitere solche scheibenförmige Trennstruktur (8, 9) angeordnet ist,
eine der Trennscheiben (8, 9) von der ersten und der zweiten Gruppe und die andere
Trennscheibe (6) nur von einer der Gruppen durchragt wird.
11. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- eine erste Gruppe der Profile (Pa, Pb) weist einen großen Querschnitt und eine zweite Gruppe der Profile (Pa, Pb) einen demgegenüber kleineren Querschnitt auf, und in Umfangsrichtung um die Rotationsachse
(R) ist zwischen zwei Profilen (Pa) der ersten Gruppe wenigstens eines der Profile (Pb) der zweiten Gruppe angeordnet;
- eine erste Gruppe der Profile (Pa, Pb) ist radial hoch und eine zweite Gruppe der Profile (Pa, Pb) demgegenüber radial flach, und in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (R) ist
zwischen zwei Profilen (Pa) der ersten Gruppe wenigstens eines der Profile (Pb) der zweiten Gruppe angeordnet.
12. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
(i) eine erste Gruppe der Profile (Pa, Pb) Hinströmkanäle (10a) und eine zweite Gruppe der Profile (Pa, Pb) Rückströmkanäle (10b) bildet,
(ii) an einem axialen Ende des Walzenkörpers, vorzugsweise axial innerhalb des Mantels
(1), ein mit den Hinströmkanälen (10a) verbundener Verteilerraum (6; 16) und optional
ein mit den Rückströmkanälen (10b) verbundener Sammelraum (7; 17) vorgesehen ist
(iii) und an dem anderen axialen Ende des Walzenkörpers, vorzugsweise axial innerhalb
des Mantels (1), ein mit den Hinströmkanälen (10a) und optional mit den Rückströmkanälen
(10b) verbundener Sammelraum (7; 17) vorgesehen ist.
13. Walzenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden
Merkmale:
- mit dem Walzenkörper (1) sind ein linker und ein rechter Zapfenflansch (2, 3) verbunden,
und an einem äußeren Umfang oder nahe eines äußeren Umfangs von wenigstens einem der
Zapfenflansche (2, 3) ist ein ringförmiger Verteiler-oder Sammelraum (16, 17) gebildet
ist, den vorzugsweise der Walzenkörper (1) radial außen abschließt;
- an wenigstens einem axialen Ende des Walzenkörpers (1, 2) ist ein Verteiler-oder
Sammelsystem mit geschweißten Rohren (4a) und einem geschweißten Verteilerring (16)
oder Sammelring gebildet.
14. Verfahren zur Herstellung eines Walzenkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem
a) die Profile (P; Pa, Pb) auf den Innenflächen von Ringschalenteilen (1a, 1b, 1c) angeordnet und durch Erzeugung
der Verbindungsnähte (13; 14) mit den Ringschalenteilen (1a, 1b, 1c) gefügt werden,
b) und die mit den Profilen (P; Pa, Pb) gefügten Ringschalenteile (1a, 1b, 1c), die sich in Umfangsrichtung jeweils über
einen Winkel (γ) von höchstens 180° erstrecken, miteinander zu dem Mantel (1) gefügt
werden.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch und wenigstens einem der folgenden Merkmale:
- die Profile (P; Pa, Pb) werden durch Energiestrahlschweißen, vorzugsweise Elektronenstrahlschweißen, mit
den Ringschalenteilen (1a, 1b, 1c) gefügt;
- es werden jeweils mehrere der Profile (P; Pa, Pb), vorzugsweise jeweils wenigstens zwei und höchstens sechs der Profile (P; Pn, Pb), gleichzeitig durch Energiestrahlschweißen mit mehreren Energiestrahlen, vorzugsweise
einem in Teilstrahlen gefächerten Energiestrahl, mit wenigstens einem der Ringschalenteile
(1a, 1 b, 1c) gefügt;
- die Ringschalenteile (1a, 1b, 1c) werden mit axial erstreckten 1-Verbindungsnähten
(1d) miteinander gefügt.