[0001] Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem Walzenrohr, das an seiner Außenseite
einen elastischen Belag aufweist.
[0002] Derartige Walzen werden beispielsweise in Superkalandern oder Softkalandern verwendet.
Aufgrund der elastischen Oberfläche werden sie vielfach auch als "weiche" Walzen bezeichnet.
Die weichen Walzen bilden zusammen mit sogenannten "harten" Walzen einen Walzenspalt,
durch den eine Materialbahn, beispielsweise eine Papierbahn, geführt werden kann,
deren Oberfläche durch Anwendung von Druck und gegebenenfalls einer erhöhten Temperatur
geglättet werden soll.
[0003] Im Betrieb erwärmen sich die Oberflächen der Walzen, unter anderem wegen der in dem
elastischen Belag geleisteten Walkarbeit. Die sich einstellenden hohen Temperaturen
gefährden den elastischen Belag, d.h. die Sicherheit gegen Zerstörung des Belages
wird drastisch reduziert.
[0004] Wenn das Walzenrohr als Walzenmantel einer Durchbiegeeinstellwalze oder Biegeausgleichswalze
eingesetzt wird, bei der der Walzenmantel durch hydrostatische oder hydrodynamische
Stützelemente abgestützt ist, kann Wärme durch das Hydrauliköl im Innern der Walze
abtransportiert werden. Diese Maßnahme zur Stabilisierung der Temperatur, die sich
bei Biegeeinstellwalzen sozusagen nebenbei ergibt, ist jedoch relativ aufwendig.
[0005] Es ist ferner bekannt, bei "harten" Walzen periphere Bohrungen im Walzenmantel vorzusehen,
die von einem Wärmeträger- oder Kühlmedium durchströmt werden können. Die Wärmeaufnahme
oder Abgabe dieses Mediums muß jedoch in relativ engen Grenzen gehalten werden, damit
sich keine ungleichmäßige Temperaturverteilung über die Breite der Walze ergibt. Im
Fall des Kühlens darf die Temperatur des Kühlmediums beim Durchströmen der peripheren
Kanäle höchstens um 1° C, allenfalls um 2° C ansteigen. Dementsprechend groß ist die
benötigte Menge an Kühlmedium.
[0006] Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, die Walze von außen durch Beblasen mit
kalter Luft oder Besprühen mit Kühlflüssigkeit zu kühlen. Die Kühlmöglichkeiten sind
hierbei jedoch beschränkt. Insbesondere beim Besprühen mit einer Kühlflüssigkeit besteht
die Gefahr, daß diese Kühlflüssigkeit auch auf die zu behandelnde Materialbahn gelangt.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiche Walze auf einfache Art zu kühlen.
[0008] Hierzu wird eine Walze angegeben mit einem Walzenrohr, das an seiner Außenseite einen
elastischen Belag aufweist und das einen geschlossenen Innenraum umgibt, in dem eine
verdampfbare Flüssigkeit und ein Wärmetauscher angeordnet sind.
[0009] Im Betrieb dreht sich die Walze und damit das Walzenrohr. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
wird die im Innenraum befindliche Flüssigkeit an die Innenwand des Walzenrohres gepreßt.
Dort bildet sich dann ein Flüssigkeitsfilm aus. Zweckmäßigerweise sollte soviel Flüssigkeit
im Innenraum vorhanden sein, daß sich ein geschlossener Flüssigkeitsfilm mit einer
Dicke von wenigen Millimetern bildet. Dieser Flüssigkeit wird nun von außen durch
das Walzenrohr Wärme zugeführt, so daß die Flüssigkeit verdampft. Die verdampfte Flüssigkeit,
also der Flüssigkeitsdampf, gelangt an den Wärmetauscher und kann dort seine Wärme
abgeben. Die Wärme wird dann durch den Wärmetauscher abtransportiert, d.h. aus dem
Innenraum entfernt. Der Dampf kann dann am Wärmetauscher kondensieren. Das Kondensat
gelangt dann wieder an die Außenwand des Innenraums, d.h. an die Innenseite des Walzenrohres,
und der Kühlkreislauf geht wieder von vorne los.
[0010] Mit einer derartigen Ausgestaltung erreicht man eine sehr intensive Kühlung des Walzenrohres
durch relativ einfache Maßnahmen. Da sich der Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des
Walzenrohres aufgrund der Zentrifugalkraft gleichmäßig ausbildet, erfolgt auch eine
genau so gleichmäßige Wärmeabfuhr, so daß die Temperatur über die axiale Länge und
über den Umfang des Walzenrohres in guter Nährung sehr gleichmäßig gehalten werden
kann.
[0011] Vorzugsweise ist die Temperatur des Wärmetauschers auf eine Temperatur unterhalb
der Kondensationstemperatur der Flüssigkeit absenkbar. Man erreicht damit, daß der
Dampf nicht nur kondensiert. Das Kondensat wird vielmehr weiter abgekühlt. Hierdurch
kann man eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem Walzenrohr und dem Wärmetauscher
erzeugen. Dies verbessert die Wärmeabfuhr, weil der Wärmetauscher eine größere Wärmemenge
abführen kann.
[0012] Vorzugsweise ist der Innenraum gasdicht abgeschlossen. In diesem Fall bleibt der
Kühlkreislauf geschlossen, d.h. es geht kein "Kältemittel" verloren. Man kann dann
nicht nur Wasser als Kältemittel verwenden, sondern auch andere Flüssigkeiten, die
beispielsweise einen niedrigeren Siedepunkt haben. Durch die Wahl der jeweiligen Flüssigkeit
im Innenraum des Walzenrohres läßt sich die Temperatur, auf die sich das Walzenrohr
erwärmen kann, in gewissen Grenzen einstellen.
[0013] Vorzugsweise ist die Walze zapfengelagert, wobei die Zapfen oder damit verbundene
Teile den Innenraum an den axialen Enden abschließen. Damit erreicht man auf einfache
Art und Weise einen ringsum gasdicht geschlossenen Innenraum. Derartige zapfengelagerte
Walzen zeichnen sich durch ein sehr niedriges Eigengewicht aus, welches wiederum zu
einer gewünschten steilen Kennlinie im Kalander führt. Durch den zusätzlichen Wärmetauscher,
der nun im Innenraum einer derartigen Walze angeordnet ist, läßt sich die Walze mit
einfachen Mitteln kühlen, so daß die im elastischen Bezug geleistete Walkarbeit keine
negativen Folgen im Hinblick auf die Walzentemperatur und die Gefährdung des Belags
hat.
[0014] Vorzugsweise rotiert der Wärmetauscher gemeinsam mit dem Walzenrohr. Dies hat zwei
Vorteile. Zum einen erleichtert es die Abdichtung des Wärmetauschers gegenüber dem
Walzenrohr. Wenn der Wärmetauscher gemeinsam mit dem Walzenrohr montiert ist, kann
er im Innenraum sozusagen ortsfest gehalten werden, so daß keine Spalte zwischen bewegten
Teilen abgedichtet werden müssen. Zum anderen führt der rotierende Wärmetauscher zu
einer verbesserten Verteilung der an ihm kondensierenden Flüssigkeit. Flüssigkeitströpfchen,
die sich aus dem Dampf am Wärmetauscher bilden, werden relativ schnell wieder an die
Wand des Walzenrohres geschleudert, wo sie erneut verdampft werden können. Hierdurch
wird in den Kältemittelkreislauf eine Art Pumpe eingesetzt.
[0015] Vorzugsweise ist dem Wärmetauscher ein Kühlmedium von außen zuführbar. Die Verwendung
eines Kühlmediums ist eine relativ einfache Möglichkeit, um Wärme aus dem Innenraum
des Walzenrohres abzutransportieren. Man könnte auch elektrische Bauelemente mit negativen
Temperaturkoeffizienten verwenden. Für die abzuführenden Wärmemengen ist der Aufwand,
den man treiben muß, allerdings relativ groß. Das Kühlmedium, beispielsweise eine
Kühlflüssigkeit, kann in dem Wärmetauscher relativ stark erwärmt werden. Man ist hier
nicht darauf begrenzt, eine Erwärmung nur um 1 oder 2° C zuzulassen. Vielmehr kann
sich die Kühlflüssigkeit auch um 10° C, 20° C oder mehr erwärmen. Da die Kühlflüssigkeit
eine höhere Temperatur annehmen kann, ist zum Abtransport der gleichen Wärmemenge
ein entsprechend geringerer Volumenstrom der Kühlflüssigkeit durch den Wärmetauscher
notwendig. Dennoch besteht keine Gefahr, daß sich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
in dem Walzenrohr ergibt.
[0016] Vorzugsweise weist mindestens ein Zapfen eine Dreheinführung für das Kühlmedium auf.
Eine derartige Dreheinführung ist allgemein bekannt. Da hier Flüssigkeiten übertragen
werden müssen, ist die Abdichtungsproblematik hier nicht so schwierig, wie bei einer
Gasübertragung. Die Dreheinführung ist auf einer Seite des Wärmetauschers angeordnet,
die nicht mit dem Innenraum in Verbindung steht. Auf diese Weise besteht auch nicht
die Gefahr, daß durch diese Dreheinführung Gas oder Dampf aus dem Innenraum entweichen
kann.
[0017] Mit Vorteil ist der Wärmetauscher als schraubenlinienförmig geführtes Rohr ausgebildet.
Damit kann sich der Wärmetauscher über einen gewissen Bereich in Axialrichtung erstrecken.
Die Fläche, die für den Austausch der Wärme zwischen dem zugeführten Kühlmedium und
dem im Innenraum befindlichen Dampf zur Verfügung steht, wird damit auf einfache Art
und Weise vergrößert.
[0018] Vorzugsweise ist eine Evakuiereinrichtung für den Innenraum vorgesehen. Mit einer
derartigen Evakuiereinrichtung kann der im Innenraum herrschende Druck abgesenkt werden.
Damit wird die Siedetemperatur für die im Innenraum befindliche Flüssigkeit abgesenkt.
Auch auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur des Walzenrohres zu beeinflussen.
Je niedriger der Druck ist, desto früher verdampft die Flüssigkeit. Da beim Verdampfen
die größte Wärmemenge "verbraucht" wird, kann man nämlich die Temperatur des Walzenrohres
mit einer guten Nährung in der Nähe des Siedepunkts der Flüssigkeit im Innenraum ansiedeln.
[0019] Bevorzugterweise ist der elastische Belag aus Kunststoff gebildet. Als Kunststoffe
kommen beispielsweise Epoxidharze in Betracht. Kunststoffbeläge können hoch elastisch
ausgebildet werden.
[0020] Bevorzugterweise ist ein Walzendrehantrieb vorgesehen. Dieser Walzendrehantrieb kann
die Walze auch dann in Rotation versetzen, wenn noch keine Materialbahn durch den
Walzenspalt geführt ist oder der Walzenspalt noch nicht geschlossen ist. In diesem
Fall wird der Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Walzenrohres bereits vor der
Aufnahme des eigentlichen Kalandrier-Betriebs erzeugt, so daß die Kühlung unmittelbar
einsetzen kann.
[0021] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die
- einzige Figur
- einen schematischen Querschnitt durch eine Walze.
[0022] Eine Walze 1 weist ein Walzenrohr 2 auf, das über Zapfen 3, 4 in Lagern 5, 6 in einem
nicht näher dargestellten Kalander gelagert ist. Die Lager 5, 6 können gegebenenfalls
in vertikaler Richtung angehoben oder abgesenkt oder horizontaler Richtung verstellt
werden, um einen Walzenspalt 7 mit einer schematisch dargestellten zweiten Walze 8
zu öffnen oder zu schließen.
[0023] Die Zapfen 3, 4 erweitern sich am walzenseitigen Ende bis zum Durchmesser des Walzenrohres
2, so daß sie Wände 9, 10 bilden, die zusammen mit dem Walzenrohr 2 einen Innenraum
11 umgeben oder umschließen.
[0024] In diesem geschlossenen Innenraum 11 ist eine vorbestimmte Menge einer verdampfbaren
Flüssigkeit 12, beispielsweise Wasser, angeordnet. Die Flüssigkeitsmenge sollte so
groß sein, daß sich im Betrieb, also dann, wenn die Walze rotiert, an der Innenwand
13 des Walzenrohres 2 ein Flüssigkeitsfilm mit einer Dicke von wenigen Millimetern
bildet. Dies ist in der Figur dadurch dargestellt, daß sowohl an der oberen Innenwand
als auch an der unteren Innenwand 13 des Walzenrohres der entsprechende Flüssigkeitsfilm
12 ersichtlich ist. Natürlich wird sich dort keine wellenförmige Oberfläche ausbilden.
Diese Darstellung wurde nur gewählt, um den Begriff der "Flüssigkeit" zu verdeutlichen.
[0025] Ferner ragt in den Innenraum 11 ein Wärmetauscher 14 hinein, der, wie dies schematisch
dargestellt ist, als schraubenlinienförmig geführtes Rohr ausgebildet ist. Dieser
Wärmetauscher 14 ragt also über eine gewisse Strecke axial in den Innenraum 11 hinein.
[0026] Der Wärmetauscher 14 ist mit Anschlüssen 15, 16 versehen, die durch den linken Zapfen
4 geführt sind. Hier ist eine statische Dichtung 17 vorgesehen, so daß der Innenraum
11 tatsächlich gasdicht abgeschlossen ist. Der Zapfen 4 ist hierbei vorzugsweise an
der Nicht-Antriebsseite oder Führerseite angeordnet.
[0027] Durch die Anschlüsse 15, 16 kann ein Kältemittel zu- bzw. abgeführt werden, wie dies
durch die Pfeile 18 schematisch dargestellt ist. Als Kältemittel kann beispielsweise
ebenfalls Wasser verwendet werden. Die Zuund Abfuhr des Kältemittels erfolgt hierbei
durch eine an sich bekannte Dreheinführung 19. In dieser Dreheinführung müssen zwar
gegeneinander bewegliche Teile abgedichtet werden. Dies ist jedoch unkritisch, da
auch über diese Dreheinführung keine Verbindung zwischen dem Innenraum 11 und der
Umgebung hergestellt werden kann. Die Dreheinführung 19 erlaubt den Zutritt von Flüssigkeiten
oder Gasen nur in das Innere des Wärmetauschers 14, d.h. die Seite des Wärmetauschers
14, die nicht mit dem Innenraum 11 in Verbindung steht.
[0028] Der Innenraum 11 ist ferner über ein Evakuierventil 20 mit einem Evakuieranschluß
21 verbunden. Der Evakuieranschluß 21 kann beispielsweise mit einer Vakuumpumpe, gegebenenfalls
auch einer manuell betriebenen Vakuumpumpe, verbunden werden. Wenn das Evakuierventil
20 geöffnet wird, kann man den im Innenraum 11 herrschenden Druck herabsetzen, wodurch
auch die Siedetemperatur der Flüssigkeit 12 im Innenraum herabgesetzt werden kann.
[0029] Die Außenseite des Walzenrohres 2 ist mit einem elastischen Belag 22 versehen, der
durch einen Kunststoff, beispielsweise Epoxidharz, gebildet ist. Im Betrieb, d.h.
wenn die beiden Walzen 1, 8 zusammenwirken, wird der Belag 22 gewalkt. Hierbei entsteht
Wärme, die zu einer Temperaturerhöhung des Belages 22 und auch des Walzenrohres 2
führt.
[0030] Im Betrieb dreht sich allerdings die Walze 1, so daß sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
ein geschlossener Flüssigkeitsfilm an der Innenwand 13 des Walzenrohres 2 bildet.
Die dort an der Innenwand 13 anliegende Flüssigkeit wird erwärmt und, sobald die Siedetemperatur
erreicht ist, verdampft. Die Siedetemperatur kann man durch Wahl einer geeigneten
Flüssigkeit und auch durch die Wahl des geeigneten Drucks im Innenraum 11 auf einen
geeigneten Wert einstellen.
[0031] Wenn die Flüssigkeit 12 verdampft, entzieht sie dem Walzenrohr 2 Wärme, so daß der
Innenraum 11 dann mit dem Dampf der Flüssigkeit 12 angefüllt wird. Diese Flüssigkeit
kondensiert am Wärmetauscher 14, der zu diesem Zweck mit einem Kältemittel, beispielsweise
kaltem Wasser, durchströmt wird. Der Wärmetauscher 14 dreht sich zusammen mit dem
Walzenrohr 2, d.h. Flüssigkeit, die sich hier als Kondensat niederschlägt, wird wieder
zurück an die Innenwand 13 des Walzenrohres 2 geschleudert, wo sie wieder verdampft
werden kann.
[0032] Da die den Wärmetauscher 14 durchströmende Flüssigkeit nicht mehr mit der Oberfläche
der Walze 1 in Berührung kommt, kann man nunmehr auch zulassen, daß diese Flüssigkeit
im Wärmetauscher 14 ganz erheblich erwärmt wird, d.h. um einen Betrag von 10° C, 20°
C oder mehr. Dadurch, daß eine derart hohe Erwärmung der Kühlflüssigkeit zugelassen
wird, kann der Volumenstrom durch den Wärmetauscher 14 kleingehalten werden. Es muß
also nur eine geringere Menge an Kühlflüssigkeit durch die Dreheinführung 19 geleitet
werden, was es wiederum einfacher macht, diese Dreheinführung 19 abzudichten.
[0033] Der Innenraum 11 ist gasdicht abgeschlossen, so daß sich ein geschlossener Kreislauf
Innenwand 13 des Walzenrohres 2 - Wärmetauscher 14 - Innenwand 13 ergeben kann. Man
kann hierbei auch andere Flüssigkeiten 12 als Wasser verwenden, beispielsweise Alkohole
oder andere Kohlenwasserstoffe.
[0034] Ferner ist ein Antrieb 23 vorgesehen, der die Walze 1 in Rotationsbewegung versetzen
kann. Dieser Antrieb 23 wirkt beispielsweise auf dem Zapfen 3. Die Rotationsbewegung
der Walze 1 kann also schon einsetzen, bevor der Walzenspalt 7 geschlossen wird. Man
kann also mit der Kühlung der Walze bereits vor Aufnahme des Betriebes beginnen. Solange
an dem Walzenrohr 2 noch keine Flüssigkeit verdampft wird, wird sich die Temperatur
der den Wärmetauscher 14 durchströmenden Kältemittelflüssigkeit auch nicht erhöhen,
so daß kein Wärmeaustausch stattfindet. Andererseits ist damit auch keine übermäßige
Abkühlung des Walzenrohres 2 und damit des Belages 22 verbunden.
1. Walze (1) mit einem Walzenrohr (2), das an seiner Außenseite einen elastischen Belag
(22) aufweist und das einen geschlossenen Innenraum (11) umgibt, in dem eine verdampfbare
Flüssigkeit (12) und ein Wärmetauscher (14) angeordnet sind.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmetauschers
(14) auf eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur der Flüssigkeit (12)
absenkbar ist.
3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (11) gasdicht
abgeschlossen ist.
4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zapfengelagert
ist, wobei die Zapfen (3, 4) oder damit verbundene Teile (9, 10) den Innenraum (11)
an den axialen Enden abschließen.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher
(14) gemeinsam mit dem Walzenrohr (2) rotiert.
6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher
(14) ein Kühlmedium (18) von außen zuführbar ist.
7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zapfen (4) eine
Dreheinführung (19) für das Kühlmedium (18) aufweist.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher
(14) als schraubenlinienförmig geführtes Rohr ausgebildet ist.
9. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Evakuiereinrichtung
(20, 21) für den Innenraum (11) vorgesehen ist.
10. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische
Belag (22) aus Kunststoff gebildet ist.
11. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzendrehantrieb
(23) vorgesehen ist.