CH623921A5

CH623921A5 - Cooling or heating roller

Info

Publication number: CH623921A5
Application number: CH1313077A
Authority: CH
Inventors: Erich Pagendarm
Original assignee: Erich Pagendarm
Priority date: 1976-11-06
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1981-06-30
Also published as: DE2650858C2; GB1561941A; DE2650858A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühl- oder Heizwalze mit einem drehbar gelagerten Walzenmantel, der mit einer darin angeordneten Innentrommel einen ein Wärmeträgermedium enthaltenden Ringraum einschliesst, dessen axial entgegengesetzte Enden durch einen innerhalb der Innentrommel gelegenen Verbindungsraum miteinander verbunden sind, wobei die Innentrommel wenigstens eine zu dem Walzenmantel vorragende,die Relativgeschwindigkeit des Mediums im Verhältnis zum Walzenmantel beeinflussende Rippe trägt. The invention relates to a cooling or heating roller with a rotatably mounted roller jacket which, with an inner drum arranged therein, includes an annular space containing a heat transfer medium, the axially opposite ends of which are connected to one another by a connecting space located within the inner drum, the inner drum being at least one projecting rib which influences the relative speed of the medium in relation to the roll shell.

Bei Kühl- oder Heizwalzen strebt man einen hohen Wärmedurchgangswert und eine über die Mantelfläche gleichmässige Temperaturverteilung an. Dabei soll der Durchsatz des Wärmeträgermediums durch die Drehdurchführung der Walzenlagerung möglichst gering sein. Neuere Konstruktionen streben deshalb einen walzeninternen Mediumskreislauf an, wobei die durch die Drehdurchführung geleiteten Mengen des Mediums auf den zur Fortführung bzw. Zuführung der Wärme benötigten Wert beschränkt werden. Bei einer bekannten Kühl- oder Heizwalze der eingangs genannten Art wird der Mediumskreislauf durch den zwischen Walzenmantel und Innentrommel eingeschlossenen Ringraum und den innerhalb der Innentrommel gelegenen Verbindungsraum durch Leitrippen angetrieben, die von der Innentrommel zum Walzenmantel vorragen und schraubenförmig gegenüber der Walzenlängsrichtung geneigt sind. Diese Leitrippen können nur dann eine Förderkraft auf das Medium in Axialrichtung ausüben, wenn dieses in Umfangsrich-tung festgehalten wird. Diese Voraussetzung wird bei der bekannten Walze dadurch erfüllt, dass sie dampfgeheizt ist, so dass der flüssige Mediumsanteil die Walze nur teilweise füllt und daher infolge seines Verharrens in ihrem unteren Bereich der Umfangsbewegung nicht zu folgen vermag. Für vollständig mit flüssigem Wärmeträgermedium gefüllte Walzen ist die Anordnung nicht verwendbar, weil das Medium von der Walzenrotation mitgenommen würde und daher keine Relativgeschwindigkeit gegenüber den Rippen aufweist und somit von diesen nicht gepumpt werden kann. In solchen Fällen treibt man den Medienkreislauf innerhalb der Walze mittels einer darin angeordneten Umwälzpumpe an, deren Welle durch den hohlen Walzenzapfen geführt ist, oder man verwendet das der Walze zugeführte Medium als Treibmittel in einem walzeninternen Injektor. Beides ist aufwendig. In the case of cooling or heating rolls, the aim is a high heat transfer value and a uniform temperature distribution over the outer surface. The throughput of the heat transfer medium should be as low as possible due to the rotary implementation of the roller bearing. Newer designs therefore strive for an internal medium circulation, whereby the amounts of the medium passed through the rotating union are limited to the value required to continue or supply the heat. In a known cooling or heating roller of the type mentioned, the medium circuit is driven by the annular space enclosed between the roller shell and the inner drum and the connecting space located within the inner drum by guide ribs which protrude from the inner drum to the roller shell and are helically inclined with respect to the longitudinal direction of the roller. These guide ribs can only exert a conveying force on the medium in the axial direction if it is held in the circumferential direction. This requirement is met in the known roller in that it is steam-heated, so that the liquid medium portion only partially fills the roller and, because of its persistence in its lower region, is therefore unable to follow the circumferential movement. The arrangement cannot be used for rolls completely filled with liquid heat transfer medium because the medium would be carried along by the roll rotation and therefore has no relative speed with respect to the ribs and therefore cannot be pumped by them. In such cases, the media circuit inside the roller is driven by means of a circulation pump arranged therein, the shaft of which is guided through the hollow roller neck, or the medium fed to the roller is used as a propellant in an internal injector. Both are complex.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühl- und Heizwalze zu schaffen, deren innerer Mediumskreislauf auch bei vollständiger Füllung mit flüssigem Wärmeträgermedium auf einfachere Weise aufrechterhalten wird. Die erfin-5 dungsgemässe Lösung besteht darin, dass die von der Innentrommel zum Walzenmantel vorragende und das Medium beeinflussende Rippe an der für eine von dem Walzenmantel abweichende Relativgeschwindigkeit eingerichtete Innentrommel im wesentlichen in Längsrichtung verläuft, und dass wenig-io stens an einem Ende des Ringraumes ein mit dem Walzenmantel fest verbundenes Schaufelrad angeordnet ist. The invention is therefore based on the object of providing a cooling and heating roller, the internal medium circuit of which is maintained in a simpler manner even when completely filled with liquid heat transfer medium. The solution according to the invention consists in that the rib projecting from the inner drum to the roll shell and influencing the medium on the inner drum set up for a relative speed deviating from the roll shell runs essentially in the longitudinal direction, and that at least at one end of the annular space a paddle wheel fixedly connected to the roller shell is arranged.

Die von der Innentrommel vorragende, in Längsrichtung verlaufende Rippe hindert das Medium daran, der Rotationsbewegung des Walzenmantels zu folgen. Dies ist an sich bekannt 15 (US-PS 3 022 047). Die wesentliche Wirkung der Erfindung beruht auf den beiden folgend erläuterten Effekten. Der erste Effekt besteht darin, dass die stillstehende Rippe in bezug auf das mit dem Walzenmantel rotierende Pumpschaufelrad als Leitfläche wirkt und somit auch bei vollständiger Mediumsfül-20 lung die Pumpfunktion gewährleistet. Der zweite besteht darin, dass dem Medium im Verhältnis zum Walzenmantel eine Relativgeschwindigkeit aufgezwungen wird, die der geometrischen Summe aus der Umfangsgeschwindigkeit des Walzenmantels im Verhältnis zur Innentrommel und der Längsgeschwindigkeit des 25 Mediums entspricht. Trotz einfacher Bauweise ermöglicht es die Erfindung somit, dem Medium gegenüber dem Walzenmantel eine Relativgeschwindigkeit zu erteilen, die wesentlich grösser ist als die Umfangs- und Axialgeschwindigkeit je für sich. Die Rippe ist zweckmässigerweise als Schaber ausgebildet, 30 der an der Innenseite des Walzenmantels anliegt und dadurch Ablagerungen und Grenzschichtbildung entgegenwirkt, wodurch der Wärmedurchgang weiter verbessert wird. The longitudinally extending rib protruding from the inner drum prevents the medium from following the rotational movement of the roll shell. This is known per se 15 (US Pat. No. 3,022,047). The essential effect of the invention is based on the two effects explained below. The first effect is that the stationary rib acts as a guide surface in relation to the pump vane wheel rotating with the roller jacket and thus ensures the pump function even when the medium is completely filled. The second is that a relative speed is imposed on the medium in relation to the roller shell, which corresponds to the geometric sum of the peripheral speed of the roller shell in relation to the inner drum and the longitudinal speed of the medium. In spite of the simple construction, the invention thus enables the medium to be given a relative speed relative to the roll shell, which is considerably greater than the peripheral and axial speeds. The rib is expediently designed as a scraper 30 which bears against the inside of the roll shell and thereby counteracts deposits and boundary layer formation, as a result of which the heat transfer is further improved.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der erwähnte Verbindungsraum eine Heiz- oder Kühleinrichtung für das Medium enthält. 35 Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen: It is also advantageous if the connection space mentioned contains a heating or cooling device for the medium. 35 The invention is explained in more detail below with reference to the drawing which illustrates an advantageous embodiment. Show it:

Fig. 1 einen Axialschnitt, 1 shows an axial section,

4o Fig. 2 einen Querschnitt längs Linie A—B der Fig. 1, Fig. 3 eine Alternativausführung zu Fig. 2, 4o FIG. 2 shows a cross section along line A - B of FIG. 1, FIG. 3 shows an alternative embodiment to FIG. 2,

Fig. 4 die Geschwindigkeitsvektoren des Mediums in bezug auf den Walzenmantel und Fig. 4 shows the speed vectors of the medium with respect to the roll shell and

Fig. 5 einen Teilschnitt in Umfangsrichtung gemäss Linie 45 C-D der Fig. 1. 5 shows a partial section in the circumferential direction along line 45 C-D of FIG. 1.

Die Kühl- und Heizwalze, die beispielsweise für die Behandlung flexibler Bahnen, pulverförmigen oder pastenförmi-gen Guts dienen soll, ist als Rotationskörper um die Achse 1 aufgebaut und besteht aus dem Walzenmantel 2 zwei damit starr so verbundenen Walzenstirnwänden 3 und in den letzteren angeordneten Lagern 4 zur Lagerung der Walze auf der feststehenden Hohlachse 5. Sie ist im dargestellten Beispiel mit einer Gleitringdichtung ausgerüstet. Die Hohlachse ist in der Mitte durch eine Trennwand 6 geteilt, wobei die durch die Teilung 55 gebildeten Abschnitte 7 und 8 mit Zu- und Abführungseinrichtungen für das Medium verbunden sind und durch Bohrungen 9 bzw. 10 mit dem Innenraum der Walze kommunizieren, so dass das Medium in der Richtung der Pfeile zu- und abgeführt werden kann. The cooling and heating roller, which is to be used, for example, for the treatment of flexible webs, powdery or pasty goods, is constructed as a rotating body about the axis 1 and consists of the roller shell 2, two roller end walls 3 rigidly connected to it and bearings arranged in the latter 4 for mounting the roller on the fixed hollow axis 5. In the example shown, it is equipped with a mechanical seal. The hollow axis is divided in the middle by a partition 6, the sections 7 and 8 formed by the division 55 being connected to feed and discharge devices for the medium and communicating through holes 9 and 10 with the interior of the roller, so that Medium can be fed in and out in the direction of the arrows.

60 An der Hohlwalze ist eine achsparallele Radialwand 11 starr befestigt (siehe Fig. 2), die sich bis nahe zur Innenfläche des Walzenmantels 2 und nahezu über die gesamte Walzenlänge erstreckt. An dieser Wand 11 ist die Innentrommel 12 starr und konzentrisch zum Walzenmantel 2 befestigt. Sie schliesst einen 65 Ringraum 13 mit der Innenfläche des Walzenmantesl 2 ein. Ihre axialen Enden liegen in einer Distanz von den Walzenstirnwänden 3, die mindestens in derselben Grössenordnung liegt wie die radiale Weite des Ringraums 13. 60 An axially parallel radial wall 11 is rigidly attached to the hollow roller (see FIG. 2) and extends almost to the inner surface of the roller shell 2 and almost over the entire length of the roller. The inner drum 12 is fixed rigidly and concentrically to the roll shell 2 on this wall 11. It includes an annular space 13 with the inner surface of the roller shell 2. Their axial ends are at a distance from the roller end walls 3 which is at least of the same order of magnitude as the radial width of the annular space 13.

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Es versteht sich, dass für die Lagerung der Walze auf der Hohlwelle 5, für die Ausführung der Hohlwelle, die Zu- und Abführung des Mediums sowie für die Befestigung der Innentrommel beliebige bekannte Techniken angewendet werden können. Beispielsweise kann man das Medium auf derselben Seite zu- und abführen. Die Innentrommel könnte durch eine Vielzahl von Speichen an der Hohlachse befestigt sein. It goes without saying that any known techniques can be used for mounting the roller on the hollow shaft 5, for executing the hollow shaft, for supplying and removing the medium and for fastening the inner drum. For example, the medium can be fed in and out on the same side. The inner drum could be attached to the hollow axle by a plurality of spokes.

In wenigstens einem der Zwischenräume zwischen einem Ende der Innentrommel 12 und einer Walzenstirnwand 3 ist ein Pumpschaufelrad 14 vorgesehen, das fest mit der Walze verbunden ist. Die Befestigung ist in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt. Jedoch ist es zweckmässig, die Befestigung an einer Walzenstirnwand oder an radial innen gelegenen Teilen der Walze vorzunehmen, damit die gleichmässige Temperaturverteilung innerhalb des Walzenmantels durch das Schaufelrad und dessen Befestigungselemente nicht gestört wird. Das Pumpschaufelrad 14 enthält Schaufeln, die (beispielsweise gemäss Fig. 5) so angeordnet sind, dass sie im Vergleich mit der Richtung der von der Wand 11 gebildeten Rippe 15, die ausserhalb der Innentrommel 12 zum Walzenmantel vorragt, stark geneigt sind, so dass sich im Zusammenwirken der relativ zueinander bewegten Rippe 15 und des Pumpschaufelrades 14 eine Pumpwirkung ergibt, die zu der in Fig. 1 oben durch Pfeile angedeuteten Zirkulation führt. In at least one of the spaces between one end of the inner drum 12 and a roller end wall 3, a pump blade wheel 14 is provided, which is fixedly connected to the roller. The attachment is not shown in detail in the drawing. However, it is expedient to carry out the attachment to an end wall of the roller or to radially inner parts of the roller, so that the uniform temperature distribution within the roller shell is not disturbed by the paddle wheel and its fastening elements. The pump paddle wheel 14 contains blades which (for example according to FIG. 5) are arranged in such a way that they are strongly inclined in comparison with the direction of the rib 15 formed by the wall 11, which projects outside the inner drum 12 towards the roller shell, so that in the interaction of the rib 15, which is moved relative to one another, and the pump paddle wheel 14 results in a pumping action which leads to the circulation indicated by arrows in FIG. 1 above.

In normalen Fällen reicht - wie in der Zeichnung gezeigt -ein einziges Pumpschaufelrad aus, und zwar für beide Rotationsrichtungen. Will man eine stärkere Pumpwirkung erreichen, so wird man auch am anderen Ende der Innentrommel ein entsprechendes Pumpschaufelrad anordnen. Wenn die Schaufeln beider Pumpschaufelräder in derselben Richtung geneigt sind und sich beide in demselben Strömungskreis befinden, ergibt sich vorteilhafterweise für beide Drehrichtungen dieselbe Stärke der Zirkulation. Stattdessen kann man auch jedem der beiden Pumpschaufelräder spiegelsymmetrisch einen eigenen Strömungskreis zuordnen, indem man die Innentrommel in der durch die DE-OS 1 775 394 gezeigten Weise unterbricht. In normal cases, as shown in the drawing, a single impeller is sufficient for both directions of rotation. If you want to achieve a stronger pumping action, you will also arrange a corresponding pump paddle wheel at the other end of the inner drum. If the blades of both pump vane wheels are inclined in the same direction and both are in the same flow circuit, the strength of the circulation advantageously results for both directions of rotation. Instead, each of the two pump vane wheels can be assigned its own flow circuit with mirror symmetry by interrupting the inner drum in the manner shown by DE-OS 1 775 394.

Die Realtivgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums im Ringraum 13 setzt sich gemäss Fig. 4 zusammen aus der relativen Umfangsgeschwindigkeit 16 und der durch die Pumpwirkung hervorgerufenen Axialgeschwindigkeit 17, die sich zu der s grösseren effektiven Geschwindigkeit 18 geometrisch summieren. Bei feststehender Rippe 15 ist die relative Umfangsgeschwindigkeit 16 des Mediums bezüglich des Walzenmantels etwa gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Walzenmantels. Will man diese Geschwindigkeitskomponente erhöhen, so kann io man die Innentrommel mit der Rippe 15 in eine zu dem Walzenmantel gegensinnige Rotation versetzen. Konstruktiv einfacher ist es in solchen Fällen allerdings meistens, die durch die Pumpwirkung hervorgerufene Axialgeschwindigkeit 17 durch entsprechende Auslegung des Pumpschaufelrades oder 15 der Pumpschaufelräder zu vergrössern. According to FIG. 4, the real velocity of the heat transfer medium in the annular space 13 is composed of the relative circumferential velocity 16 and the axial velocity 17 caused by the pumping action, which geometrically add up to the larger effective velocity 18. With the rib 15 stationary, the relative peripheral speed 16 of the medium with respect to the roll shell is approximately equal to the peripheral speed of the roll shell. If you want to increase this speed component, you can io set the inner drum with the rib 15 in a rotation opposite to the roll shell. In such cases, however, it is usually structurally simpler to increase the axial speed 17 caused by the pumping action by appropriately designing the pump vane wheel or 15 of the pump vane wheels.

Wichtig für die Erfindung ist das Merkmal, dass die von der Innentrommel 12 zum Walzenmantel vorragende Rippe 15 im wesentlichen in Längsrichtung der Anordnung verläuft, damit sich die in Fig. 4 veranschaulichte Summierung der Umfangs-20 und Axialgeschwindigkeiten ergeben kann. Auf genaue Achsparallelität der Rippe kommt es jedoch nicht an. What is important for the invention is the feature that the rib 15 projecting from the inner drum 12 to the roll shell extends essentially in the longitudinal direction of the arrangement, so that the summation of the circumferential 20 and axial speeds illustrated in FIG. 4 can result. However, precise parallelism of the ribs is not important.

Fig. 3 veranschaulicht die Ausführung der Rippe 15 als Schaber mit einem dünnen, elastisch gegen die Innenfläche des Walzenmantels 2 vorgespannten Schaberblatt 19. Im dargestell-25 ten Fall ist es symmetrisch in beiden Drehrichtungen wirksam. Selbstverständlich könnte es auch nur in eine Richtung wirkend ausgebildet sein. Das Schaberblatt verhütet Ablagerungen auf der Innenfläche des Walzenmantels und sorgt damit für unbehinderten Wärmeübergang. Ausserdem zerstört es die am Wal-30 zenmantel haftende Grenzschicht des Wärmeträgermediums und trägt damit zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei. Fig. 3 illustrates the design of the rib 15 as a scraper with a thin, resiliently biased against the inner surface of the roll shell 2 scraper blade 19. In the illustrated 25 th case it is symmetrical in both directions of rotation. Of course, it could also be designed to act in one direction only. The scraper blade prevents deposits on the inner surface of the roll shell and thus ensures unhindered heat transfer. In addition, it destroys the boundary layer of the heat transfer medium adhering to the roller jacket and thus contributes to improving the heat transfer.

Man erkennt, dass der innerhalb der Innentrommel 12 gelegene Verbindungsraum 20 in der Zeichnung nicht dargestellte Heiz- oder Kühleinrichtung für das Medium enthalten 35 kann. Somit besteht die Möglichkeit, die Heiz- oder Kühlenergie in anderer Form als durch das Wärmeträgermedium selbst zu- bzw. abzuführen. It can be seen that the connection space 20 located within the inner drum 12 can contain 35 heating or cooling device for the medium, not shown in the drawing. It is therefore possible to supply or discharge the heating or cooling energy in a form other than through the heat transfer medium itself.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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1. Kühl- oder Heizwalze mit einem drehbar gelagerten Walzenmantel, der mit einer darin angeordneten Innentrommel einen ein Wärmeträgermedium enthaltenden Ringraum ein-schliesst, dessen axial entgegengesetzte Enden durch einen innerhalb der Innentrommel gelegenen Verbindungsraum miteinander verbunden sind, wobei die Innentrommel wenigstens eine zu dem Walzenmantel vorragende, die Relativgeschwindigkeit des Mediums im Verhältnis zum Walzenmantel beeinflussende Rippe trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (15) an der für eine von dem Walzenmantel (2) abweichende Relativgeschwindigkeit eingerichtete Innentrommel (12) im wesentlichen in Längsrichtung verläuft, und dass wenigstens an einem Ende des Ringraumes ein mit dem Walzenmantel fest verbundenes Schaufelrad (14) angeordnet ist. 1. cooling or heating roller with a rotatably mounted roller jacket, which includes an inner chamber containing an annular space containing a heat transfer medium, the axially opposite ends of which are connected to one another by a connecting space located within the inner drum, the inner drum being at least one to the roller shell protruding rib influencing the relative speed of the medium in relation to the roll shell, characterized in that the rib (15) on the inner drum (12) set up for a relative speed deviating from the roll shell (2) runs essentially in the longitudinal direction, and that at least on At one end of the annular space, a paddle wheel (14) is arranged which is fixedly connected to the roller shell.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (15) als Schaber (19) an der Innenseite des Walzenmantels (2) anliegt. 2. Roller according to claim 1, characterized in that the rib (15) abuts as a scraper (19) on the inside of the roller shell (2).

2 2nd

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsraum (20) eine Heiz- oder Kühleinrichtung für das Medium enthält. 3. Roller according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting space (20) contains a heating or cooling device for the medium.

4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innentrommel (12) feststehend eingerichtet ist. 4. Roller according to claim 1, characterized in that the inner drum (12) is fixed.