DE68910193T2 - Kühlwalze. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung
• - Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlwalze zum Kühlen von Druckbahnen und betrifft insbesondere eine Kühlwalze, bei der eine äußere Walze um eine innere Walze rotiert. Kühlmittel wird gleichmäßig über den Innenraum zwischen der inneren und der äußeren Walze verteilt und zirkuliert kreisförmig zwischen den Walzen, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf die rotierende Walze zu bewirken.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• - Bei herkömmlichen Kühlwalzen, wie sie in der Druckindustrie verwendet werden, war eine Kühlung der Bahn dadurch vorgesehen, daß die Bahn über eine Kühlwalze geführt wurde, mit dem Ziel, die Temperatur der Bahn zu erniedrigen, um etwa bei einer Druckbahn das Verschmieren der Tinte zu vermeiden und um die Temperatur der Bahn zu reduzieren, bevor die Bahn auf eine Rolle aufgewickelt wird.
• Herkömmlich wurde das Kühlmittel in eine Seite der Walze eingeführt, woraufhin dieses Ende der Walze für eine Kühlung der Bahn in dem an die Kühlmittelzufuhr angrenzenden Bereich sorgte. Während das Kühlmittel zum gegenüberliegenden Ende der Kühlwalze wanderte, stieg die Kühlmitteltemperatur sowie die Bahntemperatur quer über die Bahn an, so daß das Auslaßende der Walze wärmer als das Einlaßende der Walze war. Das Resultat war, daß ein Randbereich der Bahn recht gut gekühlt wurde, der gegenüberliegende Randbereich aber aufgrund des Temperaturgradienten über die Kühlwalze wesentlich weniger gekühlt wurde. Andere bekannte Kühlwalzengestaltungen wiesen Kühlmitteldurchgänge auf, die zwischen der äußeren Walzenschale und einer inneren Trommel angeordnet waren und spiralförmig von einer Seite der Walze zur anderen Seite verliefen. Weitere bekannte Kühlwalzenanordnungen wiesen äußere und innere Trommeln auf, die miteinander gedreht wurden, und während das Kühlmittel quer durch die Walze wanderte, wurde das Kühlmittel durch die Bahn aufgeheizt, so daß immer noch eine Temperaturdifferenz zwischen den Walzenflächen beim Eintritt und Verlassen der Enden vorhanden war.
• Bei den bekannten Kühlwalzen wurde lediglich das Kühlmittel in ein Ende der Walze gepumpt und einfach von dem gegenüberliegenden Ende abgezogen, was bewirkte, daß der dem Einlaß benachbarte Bereich der Walze wirksam kühlte. Wenn das Kühlmittel Wärme von der Walze aufgenommen hatte, war die Temperatur des Walzenbereiches nahe dem Auslaßende viel höher als in dem dem Einlaß benachbarten Bereich. Dieser Temperaturgradient über die Walze verursachte, daß die Bahntemperatur variabel mit einer ansteigenden Temperaturdifferenz war, sowohl quer über die Walze als auch über die Bahn.
• Andere Kühlwalzengestaltungen waren von einem übermäßigen Kühl mittelfluß abhängig, um eine verbesserte und eher konstante Temperaturverteilung über die Kühlwalze zu erhalten. Je großer der Kühlmittelfluß ist, desto kleiner ist die Temperaturdifferenz über die Walze. Die vorliegende Erfindung erfordert keinen erhöhten Kühlmittelfluß, um die Temperaturdifferenz klein zu halten, da es keine Temperaturdifferenz gibt. Entlang der Walze liegt an jedem Punkt des Umfangs die gleiche Temperatur vor.
• Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile der bekannten Geräte, indem eine Kühlwalze geschaffen wird, die Kühlmittel in gleichmäßiger Weise entlang und über die ganze Länge des Kühl walzeninneren verteilt, so daß Wärmeübertragung um den Umfang herum und über einen ringförmigen Zwischenraum und Durchgang zwischen einer äußeren rotierenden Kühlwalze und einer stationären Walzenanordnung erreicht wird. Die Wärmeübertragung wird weiter durch Turbulenz induzierende Stäbe verbessert, die Turbulenzen in dem Kühlmittelfluß zwischen der stationären Walze und der rotierenden Walze erzeugen.
• In US-A-4 120 349 ist eine Kühlwalze offenbart, bei dem Kühlmittel einen schmalen Zwischenraum passiert zwischen (i) der Innenfläche eines zylindrischen Kühlwalzenmantels und (ii) der Außenfläche eines Segments, das stationär innerhalb des Kühlwalzenmantels gehalten ist, wobei die Fließrichtung so ist, daß der Kühlmittelfluß entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Kühlwalzenmantels gerichtet ist. Es ist klar, daß dieses Merkmal nur über eine begrenzte Bogenlänge des Kühlwalzenmantels möglich ist, und es sind verschiedene Maßnahmen getroffen, um das Kühlmittel in einem solchen beschränkten Bereich eingeschlossen zu halten und Kühlmittel, welches aus diesem beschränkten Bereich herausdringt, zu entfernen. US-A-4 120 349 verwendet stationäre Kühlwalzen-Lagerzapfen, um das innere Segment der Kühlwalze stationär in bezug auf den rotierenden Kühlwalzenmantel zu halten.
• Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist auf Grundlage von US- A-4 120 349 gebildet.
Zusammenfassung der Erfindung
• Der allgemeine Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Kühlwalze zur gleichmäßigen Kühlung über die Breite einer Druckbahn zu schaffen. Die Kühlwalze enthält ein Fluidfluß-System zur Lieferung von Kühlmittel zu einem eingeschlossenen Fluidfluß-Verteilersystem, das in einer inneren stationären Walzenanordnung enthalten ist und das Kühlmittel aus einer Kühlmittelverteilerleitung und quer über die Länge der Kühlwalze leitet. Das Kühlmittel fließt kreisförmig in einem ringförmigen Freiraum zwischen einer festen und einer rotierenden Kühlwalze und kehrt dann durch eine Kühlmittelsammelleitung und einen Kühlmittelauslaß zurück.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlwalze geschaffen mit:
• (a) einer zylindrischen rotierenden äußeren Kühlwalze;
• (b) gegenüberliegenden zylindrischen ersten und zweiten Lagerzapfen, die die Kühlwalze unterstützen und mit einem Kühlmitteleinlaß bzw. einem Kühlmittelauslaß in dem ersten bzw. dem zweiten Lagerzapfen versehen sind;
• (c) einem inneren, stationären Walzensegment, das eine zylindrische Außenfläche aufweist, deren Durchmesser geringer ist als der der äußeren Kühlwalze, um einen ringförmigen Freiraum dazwischen freizulassen;
• gekennzeichnet durch
• (d) die Tatsache, daß zwei dieser Segmente vorhanden sind, nämlich gegenüberliegende untere und obere zylindrische Segmente, die jeweils an einer Kühlmittelverteilerleitung und einer Kühlmittelsammelleitung befestigt sind, wobei die Leitungen um ein zentrales Rohr befestigt sind, das von den Lagerzapfen getragen wird; durch
• (e) die Tatsache, daß die ersten und zweiten Lagerzapfen drehbar sind; durch
• (f) eine Mehrzahl von Löchern in einer Kühlmittelzufuhrkammer in einem ersten Bereich des zentralen Rohrs und einer entsprechenden Mehrzahl von Löchern in einer Kühlmittelrückführkammer in einem zweiten Bereich des zentralen Rohrs; und durch
• (g) eine Mehrzahl von Löchern in der Kühlmittelverteilerleitung und in der Kühlmittelsammelleitung, wodurch Kühlmittel durch den ersten Lagerzapfen, die Kühlmittelzufuhrkammer, die Kühlmittelverteilerleitung, den Freiraum zwischen den Walzen, die Kühlmittelsammelleitung, die Kühliaittelrückführkammer und heraus durch den zweiten Lagerzapfen fließt und wodurch die stationäre innere Walze Kühlmittel über die rotierende äußere Walze verteilt und sammelt, wodurch die Wärmeübertragung gleichmäßig erhöht wird.
• Die beiden Endwalzen-Lagerzapfen sind: ein Bedienungslagerzapfen und ein Antriebslagerzapfen, jeder mit einem inneren Durchgang, und sie erstrecken sich vorzugsweise durch die Endplatten an den gegenüberliegenden Enden der äußeren rotierenden Walze, um das tragende zentrale Rohr und die stationäre innere Walzenanordnung zu unterstützen, die das lagernde zentrale Rohr umgibt. Die Kühlmittelzufuhr wird in das Innere der stationären inneren Walze durch den Antriebslagerzapfen eingeführt. Das zentrale Rohr ist vorzugsweise mit einem Stopfen im mittleren Bereich versehen, um so das zentrale Rohr in eine Kühlmittelzufuhrkammer und eine Kühlmittelrückführkammer zu unterteilen. Löcher in diesen Kühlmittelkammern stellen eine Verbindung zu einer Kühlmittelverteilerleitung oder einer Kühlmittelsainmelleitung angrenzend an die Kühlmittelzufuhrkammer und die Kühlmittelrückführkainmer her. Gleitlagerscheiben und kühlmittelgekühlte Kohlenstofflager sind vorzugsweise über und um die Enden der Lagerzapfen angeordnet, die sich durch die Endplatten der rotierenden äußeren Walze erstrecken. Das zentrale Rohr, einschließlich vorzugsweise schwerer Teile der inneren Walzenanordnung, bleibt stationär und kann innerhalb der äußeren rotierenden Rolle um die Kohlenstofflager frei laufen. Die stationäre Kühlwalzenanordnung enthält kreisförmige Endscheiben an jedem Ende der Walze, die an segmentierten zylindrischen Segmenten befestigt sind. Die zylindrischen Segmente überschneiden auch die Kühlmittelverteiler- und Kühlmittelsammelleitungen.
• Eine Fluidströmung findet in dem ringförmigen Freiraum zwischen der inneren stationären Walze und der äußeren rotierenden Walze statt. Das Fluid strömt durch den Lagerzapfen, das zentrale Rohr, die Kühlmittelzufuhrkammer, das Kühlmittelverteilerrohr, den ringförmigen Freiraum zwischen den Walzen, die Kühlmittelsammelleitung, die Kühlmittelrückführkammer und durch den gegenüberliegenden Lagerzapfen. Auf Wunsch vorgesehene turbulenzinduzierende Stäbe um die zylindrischen Segmente verstärken die Wärmeübertragung.
• Der Kühlmittelfluß wird in einem im wesentlichen gleichmäßigen Fluß entlang der Länge der Kühlwalze verteilt. Zwischen den Enden der Kühlwalze und entlang der Länge der Kühlwalze kann eine im wesentlichen konstante Temperatur aufrechterhalten werden. Die Wärmeübertragung wird weiter durch Turbulenzen verstärkt, die dadurch verursacht werden, daß eine äußere Walze um eine feststehende innere Walze rotiert. Die Wärmeübertragung kann noch weiter durch Turbulenzen verstärkt werden, die durch auf Wunsch vorgesehene turbulenzinduzierende Stäbe verursacht werden, welche in dem Kühlmittelfluß an der Außenfläche einer inneren Walze, an der Innenfläche einer äußeren Walze oder in ähnlicher Weise in dem Kühlmittelfluß angeordnet sind.
• Oberflächenspannung (zwischen der rotierenden äußeren Walze, der feststehenden inneren Walze und dem dazwischenliegenden Kühlmittel) kann Kühlmittel durch Trägheitsströmung zwischen den Walzen in Richtung der Drehung bewegen.
• Nach der somit erfolgten Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es die vornehmliche Aufgabe der Erfindung, eine Kühlwalze zum Kühlen einer Druckbahn oder einer ähnlichen Bahn zu schaffen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele damit verbundene Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht zu erkennen sein, wenn diese durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser verständlich wird, wobei in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen durchgängig durch die Figuren gleiche Teile bezeichnen und wobei in den Zeichnungen:
• Figur 1 eine perspektivische Explosionsansicht der Hauptbestandteile einer Kühlwalze zeigt;
• Figur 2 eine Ansicht in teilweisem Schnitt durch die Vertikalachse der Kühlwalze zeigt;
• Figur 3 eine mehrfach geschnittene Endansicht der Kühlwalze zeigt, die Halb-Querschnittsansichten durch die Mittelbereiche der Kühlmittelzufuhrkammer und der Kühlmittelrückführkammer einschließt;
• Figur 4 eine Querschnittsansicht durch die Vertikalachse der Kühlwalze zeigt, die das zentrale Rohr in Aufsicht über und um den Bedienungslagerzapfen anliegend zeigt;
• Figur 5 die zwischen Lageranordnungen gehaltene Kühlwalze zeigt;
• Figur 6 eine Querschnittsansicht der Kühlwalze durch die Horizontalebene und eine Achse der Kühlwalze zeigt;
• Figur 7 den Querschnitt aus Figur 3 mit dem Kühlmittelfluß darin zeigt; und
• Figur 8 eine alternative Ausführungsform im Querschnitt durch die Vertikalachse der Kühlwalze zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Figur 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der dargestellten Hauptbestandteile einer Kühlwalze 10 zur Verwendung beim Kühlen einer Bahn, wie sie etwa beim Drucken oder in anderen benachbarten Gebieten verwendet wird. Die Kühlwalze 10 weist eine zylindrische äußere Walze 12 auf, die koaxial um eine zylinderartige innere Walzenanordnung 14 rotiert. Die innere Walzenanordnung 14 ist innerhalb des Inneren 16 der zylindrischen äußeren Walze 12 angeordnet und enthält zylindrische Segmente 18a und 18b, die jeweils an der Außenfläche einer kanalförmigen Kühlmittelverteilerleitung 20 und einer kanalförmigen Kühlmittelsammelleitung 22 befestigt sind. Die Kühlmittelverteilerleitung 20 und die Kühlmittelsammelleitung 22 sind um ein zentrales Rohr 24 befestigt. Das zentrale Rohr 24, die Kühlmittelverteilerleitung 20 und die Kühlmittelsammelleitung 22 enthalten eine Vielzahl von Öffnungen zum Leiten oder Richten von Kühlmittelströmen um das Innere und das Äußere des zentralen Rohrs 24, der Kühlmittelverteilerleitung 20 und der Kühlmittelsammelleitung 22. Eine Mehrzahl von oberen Verstärkungsstreben 30a-30n und eine Mehrzahl von unteren Verstärkungsstreben 32a-32n sind quer über die Kühlmittelverteilerleitung 20 und die Kühlmittelsammelleitung 22 in der inneren Walzenanordnung 14 angeordnet. Endscheiben 26 und 28 sind in wasserdichter Weise über den gegenüberliegenden Enden der zylindrischen Segmente 18a-18b, der Kühlmittelverteilerleitung 20, der Kühlmittelsammelleitung 22 und des zentralen Rohrs 24 befestigt, wobei jedes der vorgenannten Elemente ein Teil der inneren Walzenanordnung 14 ist. Wie später genauer beschrieben wird, ist ein Gewicht 34 am Boden der inneren Walzenanordnung 14 entlang der Länge des Zylindersegments 18b angeordnet, um jeglichen Tendenzen zu Drehbewegungen der inneren Walzenanordnung 14 entgegenzuwirken. Eine kreisförmige Endkappe 36, welche einen Antriebslagerzapfen 38 aufweist, ist an einem Ende der zylindrischen äußeren Walze 12 befestigt. Eine abnehmbare Endkappe 40, welche einen Bedienungslagerzapfen 42 aufweist, ist an dem gegenüberliegenden Ende der zylindrischen äußeren Walze 12 befestigt. Der Antriebslagerzapfen 38 und der Bedienungslagerzapfen 42 erstrecken sich durch die Endkappen 36 bzw. 40 hindurch und in die gegenüberliegenden Enden des zentral ausgerichteten zentralen Rohrs 24, wobei wassergekühlte Kohlenstofflager 54 und 80 dazwischengesetzt sind, um die innere Walzenanordnung 14 zu lagern. Eine zylindrische Kühlmittelzufuhröffnung 44, welche konzentrisch innerhalb des Antriebslagerzapfens 38 liegt, schafft einen Zufuhrweg, um Kühlmittel in die innere Walzenanordnung 14 durch das zentrale Rohr 24 eintreten zu lassen. Turbulenz induzierende Stäbe 48a-48n, von denen jeder ein Teil der inneren Walzenanordnung 14 ist, sind in Längsrichtung entlang der Außenflächen der zylindrischen Segmente 18a-18b angeordnet. Ein Kühlmittelabflußstopfen 50 befindet sich in der abnehmbaren Endkappe 40, um die Entleerung der Kühlwalze 10 zu erleichtern.
• Figur 2 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht der Lagerung der inneren Walzenanordnung 14 durch den Antriebslagerzapfen 38 und den Bedienungslagerzapfen 42, wobei der Querschnitt durch die Vertikalachse der Kühlwalze 10 aus Figur 1 genommen ist und wobei alle Bezugszeichen denen der zuvor beschriebenen Elemente entsprechen. Der Bedienungslagerzapfen 42 ist in einer Öffnung 52 befestigt und erstreckt sich über die Innenwand der abnehmbaren Endkappe 40 hinaus. Ein schulterförmiges, wassergekühltes Kohlenstofflager 54 ist zwischen der zylindrischen Oberfläche 56 und der zylindrischen Innenfläche 58 des zentralen Rohrs 24 angeordnet. Eine Gleitlagerscheibe 60 weist Antirotationsstifte 62 und 64 auf, die in Löcher 66 und 68 in der abnehmbaren Endkappe 40 greifen, und verläuft zwischen dem wassergekühlten Kohlenstofflager 54 und der Innenfläche 40a der abnehmbaren Endkappe 40. Die abnehmbare Endkappe 40 weist eine ringförmige Nut 70 und eine O-Ring-Dichtung 72 auf, die eine wasserfeste Abdichtung zwischen der abnehmbaren Endkappe 40 und der äußeren Walze 12 schaffen. Ein Gewinde 74 in der abnehmbaren Endkappe 40 greift in ein Gewinde 76 an der Innenfläche der äußeren Walze 12. Der Antriebslagerzapfen 38 liegt reibschlüssig innerhalb einer Öffnung 78 an und erstreckt sich bis über die Innenwand der Endkappe 36 hinaus. Ein schulterförmiges, wassergekühltes Kohlenstofflager 80 liegt zwischen der zylindrischen Oberfläche des Antriebslagerzapfens 38 und der zylindrischen Innenfläche 84 des zentralen Rohrs 24. Eine Gleitlagerscheibe 86 weist Antirotationsstifte 88 und 90 auf, die in Löcher 92 und 94 in der abnehmbaren Endkappe 36 greifen. Ein Wellenring 96 und die Gleitlagerscheibe 85 sind zwischen dem wassergekühlten Kohlenstofflager 80 und der Innenfläche 36a der Innenkappe 36 angeordnet. Das zentrale Rohr 24, das angebracht ist über und getragen wird von dem Antriebslagerzapfen 38, dem Bedienungslagerzapfen 42 und den wassergekühlten Kohlenstofflagern 80 und 54 bleibt zusammen mit ihren zugeordneten Teilen einschließlich des Gewichtes 34 feststehend, wenn die äußere Walze 12 zur Drehbewegung um die innere Walzenanordnung 14 durch Drehbewegung des Antriebslagerzapfens 38 angetrieben wird. Ein Spreizstopfen 100 ist im Mittelbereich des zentralen Rohrs 24 installiert und teilt das zentrale Rohr in eine Kühlmittelzufuhrkammer 24a und eine Kühlmittelrückführkainmer 24b auf. Die Kühlmittelzufuhrkammer 24a weist eine Mehrzahl von Löchern 102a-102n auf, die Anschlüsse zu der Kühlmittelverteilerleitung 20 bilden, welche in dieser Darstellung direkt hinter den Löchern 102a-102n liegt. Diese mechanische Beziehung ist in Figur 3 dargestellt. Die Kühlmittelrückführkammer 24b enthält ebenfalls eine Mehrzahl von Löchern 104a-104n, die den Löchern 102a-102n in 180º gegenüberliegen und deren Anordnung in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Die Löcher 104a-104n bilden Anschlüsse zu der Kühlmittelsammelleitung 22. Die Mehrzahl der Löcher 102a-102n und 104a-104n sind an einer geraden Linie entlang vertikaler Tangenten des zentralen Rohrs 24 ausgerichtet und enthalten auch zusätzliche Löcher, die in den Löchern 102a-102n und 104a-104n enthalten sind und radial aus der Orientierung der vertikalen Tangente versetzt sind. Ein ringförmiger Kühlmitteldurchlaß ist zwischen der äußeren Walze 12 und der inneren Walzenanordnung 14 gebildet.
• Figur 3 zeigt eine mehrfach geschnittene Endansicht der Kühlwalze 10 einschließlich eines Querschnitts durch die Mittelbereiche der Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelrückführkainmer 24a und 24b und einschließlich der inneren Walzenanordnung 14 ausgerichtet in der äußeren Walze 12, wie sie sich von der abnehmbaren Endkappe 40 aus darstellt. Alle Bezugszeichen entsprechen denen der zuvor beschriebenen Elemente. Die Kühlmittelverteilerleitung 20 enthält ein Winkelstück 110 und ein ebenes Stück 112, die miteinander an einer Verbindung 113 verbunden sind und an dem zentralen Rohr 24 an Scheitelbereichen 114 und 116 befestigt sind. Die Kühlmittelsammelleitung 22 enthält ebenfalls ein rechtwinkliges Winkelstück 118 und ein ebenes Stück 120, die beide an einer Verbindung 115 miteinander verbunden sind und an dem zentralen Rohr 24 an Scheitelbereichen 114 und 116 befestigt sind. Das obere zylindrische Segment 18a ist in geeigneter Weise mit der Kühlmittelverteiler- und Kühlmittelsammelleitung 20 und 22 an den Verbindungen 113 und 115 befestigt. Ferner wird das untere zylindrische Segment 18b durch Verbindungen 122 und 124 mit den rechtwinkligen Winkelstücken 110 und 118 der Kühlmittelverteiler- und der KühlmittelsaMmelleitungen 20 und 22 verbunden. Eine Mehrzahl von Löchern 126a-126n sind entlang der Länge des rechtwinkligen Winkelstücks 110 der Kühlmittelverteilerleitung 20 angeordnet. Eine weitere Mehrzahl von Löchern 128a-128n sind entlang der Länge des rechtwinkligen Winkelstücks 118 der Kühlmittelsammelleitung 22 angeordnet.
• Figur 4 stellt eine Querschnittsansicht durch die Vertikalachse der Kühlwalze 10 dar, wobei das zentrale Rohr 24 in Aufsicht im linken Bereich der Darstellung gezeigt ist und über dem und um den Bedienungslagerzapfen 42 herum anliegt. Alle Bezugszeichen entsprechen denen der zuvor beschriebenen Elemente. Ein Teil der auf einer Seite des zentralen Rohrs 24 liegenden Mehrzahl von Löchern 104a-104n ist dargestellt. Die Kühlmittelzufuhrkammer 24a liegt direkt hinter der Mehrzahl von Löchern 104a-104n in dem zentralen Rohr 24. Flüssigkeit tritt in die Kühlmittelrückführkammer 24b durch die Mehrzahl der Löcher 104a-104n aus der Kühlmittelsammelleitung 22 ein, die in der Darstellung von Figur 4 an dem zentralen Rohr 24 anliegend senkrecht und nach außen auf den Betrachter der Darstellung zu verläuft.
• Figur 5 zeigt die Kühlwalze 10 zur Drehung zwischen Lagern 140 und 142 gehalten, die an Seitenrahmen 144 und 146 befestigt sind. An dem Antriebslagerzapfen 38 ist eine Scheibe 148 mit einem Verschlußelement 150 gesichert, das in eine Verschlußöffnung in der Scheibe 148 und in einen Schlitz 152 greift. Die Scheibe 148 wird durch einen externen Motor gedreht, der die äußere Walze 12 der Kühlwalze 10 in Drehung versetzt, während die mit Gewicht versehene innere Walzenanordnung 14 feststehend bleibt. Während die äußere Walze 12 um die innere Walzenanordnung 14 rotiert, wird Kühlmittel in das Innere der Kühlwalze 10 eingeführt und wieder abgeführt durch wasserdichte Drehverbindungen, die über und um die äußeren Bereiche der Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelauslaßöffnungen 44 und 46 gelegt sind. Der Kühlmittelfluß wird nun im Detail anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben.
Funktionsweise
• Die Figuren 6 und 7 stellen am besten die Funktionsweise der Kühlwalze 10 dar, wobei alle Bezugszeichen denen der zuvor beschriebenen Elemente entsprechen.
• Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht durch die horizontale Ebene und Achse der Kühlwalze 10 und stellt den Kühlmittelfuß in Längs- und Querrichtung durch die Kühlwalze 10 dar.
• Figur 7 zeigt in der Querschnittsansicht von Figur 3 den kreisförmigen Fluß des Kühlmittels 160 in dem ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 zwischen der äußeren Walze 12 und der inneren Walzenanordnung 14. Es ist zu bemerken, daß sich die äußere Walze 12 in konstanter Drehbewegung auf einer gemeinsamen Achse um die feststehende innere Walzenanordnung 14 befindet, während das Kühlmittel durch die Kühlwalze 10 fließt. Das Kühlmittel 160 wird der Kühlmittelzufuhrkammer 24a durch die Kühlmittelzufuhröffnung 44 zugeführt. Das Kühlmittel fließt horizontal und in Längsrichtung entlang der Länge der Kühlmittelzufuhrkammer 24a und fließt dann horizontal und in Seitenrichtung durch die Mehrzahl der Löcher 102a-102n, weiter horizontal und in Seitenrichtung in die Kühlmittelverteilerleitung 20, wo das Kühlmittel mit gleichmäßiger Temperatur, da es noch keiner Wärmeübertragung mit der Außenwalze ausgesetzt war, horizontal und in Seitenrichtung durch die Mehrzahl der Löcher 126a-126n und in den ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 gleichmäßig eingeleitet und verteilt wird.
• Unter Bezugnahme auf Figur 7 verursachen die Bewegung des Kühlmittels 160 mit gleichmäßiger Temperatur aus den Löchern 126a- 126n, die entlang der Länge der Kühlmittelverteilerleitung 20 angeordnet sind, und die Drehbewegung der äußeren Walze 12 vermittels Inertialströmung, daß das Kühlmittel 160 um den Umfang entlang des zylindrischen Segments 18a der inneren Walzenanordnung 14 und in dem ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 zu der Mehrzahl von Löchern 128a-128n in der Kühlmittelsammelleitung 22 strömt. Das Kühlmittel 160 mit einer erheblich erhöhten Temperatur wird von der Kühlmittelsammelleitung 22 durch die Löcher 128a-128n gesammelt. Das erwärmte Kühlmittel 160 wird gesammelt und fließt durch die Löcher 104a-104n in die Kühlmittelrückführkarnmer 24b und fließt durch die Kühlmittelauslaßöffnung 46 ab. Das Kühlmittel 160 wird gleichmäßig entlang der gesamten Länge der inneren Walzenanordnung 14 durch die Löcher 126a-126n in der Kühlmittelverteilerleitung 20 verteilt und verursacht, daß ein gleichmäßiger Wärmeübergang von der äußeren Walze 12 auf das Kühlmittel 160 über den ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 stattfindet. Ein Teil des Kühlmittels durchläuft einen vollen Kreis über die Kühlmittelsammelleitung 22 hinaus, über und an dem zylindrischen Segment 18b der inneren Walzenanordnung 14 vorbei und fährt dabei fort, Wärme von der äußeren Walze 12 in gleichmäßiger Weise abzuführen. Die Temperatur an der äußeren rotierenden Walze wird durch den gleichmäßigen Wärmeübergang gleichmäßigt erniedrigt, der durch den gleichmäßigen Wärmeentzug durch das Kühlmittel 160 in dem ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 erreicht wird. Zwischen der rotierenden äußeren Walze 12 und der inneren Walzenanordnung 14 werden Turbulenzen in dem Kühlmittelfluß erzeugt. Wenn das Kühlmittel 160 über die in Längsrichtung entlang der zylindrischen Segmente 18a und 18b angeordneten turbulenzinduzierenden Stäbe 48a-48n strömt, tritt ein erhöhter Wärmeübergang auf. Alternativ können die turbulenzinduzierenden Stäbe 48a-48n an der Innenfläche der äußeren Walze 12 angeordnet werden, um die gleiche Turbulenzerzeugung zu erreichen. Die turbulenzinduzierenden Stäbe 48a-48n können auch in dem Kühlmittelstrom zwischen der äußeren und der inneren Walzenanordnung aufgehängt werden.
Beschreibung der alternativen Ausführungsform
• Figur 8 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Kühlwalze 170, wobei alle Bezugszeichen denen der zuvor beschriebenen Elemente entsprechen, wobei die Kühlwalze 170 einen festen Bedienungslagerzapfen 172 und einen Antriebslagerzapfen 174 mit konzentrischen Zufuhr- und Rückführleitungen oder -öffnungen aufweisen. Eine Kühlmittelrückführleitung 176 ist konzentrisch in einer Öffnung 178 des Antriebslagerzapfens 174 angeordnet und endet in einer Öffnung 180 eines Stopfens 181 und stellt eine Verbindung zur Kühlmittelrückführkammer 24b her. Der Stopfen 181 teilt das zentrale Rohr 24 in eine Kühlmittelzufuhrkammer 24a und Kühlmittelrückführkammer 24b auf. Eine ringförmige Kühlmittelzufuhrkammer 182 ist konzentrisch in dem Antriebslagerzapfen 124 zwischen den Seitenwänden der Öffnung 178 und um den äußeren Umfang der Rückführleitung 176 angeordnet.
• Im Betrieb tritt Kühlmittel 160 in die ringförmige Kühlmittelzufuhrkammer 182 ein, fließt weiter in die Kühlmittelzufuhrkammer 24a, durch die Löcher 102a-102n, durch die Kühlmittelverteilerleitung 20, durch die Löcher 126a-126n, durch den ringförmigen Kühlmitteldurchgang 106 in Umfangsrichtung um die innere Walzenanordnung 14, wie zuvor beschrieben, durch die Löcher 104a-104n und in die Kühlmittelrückführkammer 24b. Das Kühlmittel 160 fließt weiter aus der Kühlmittelrückführkammer 24b durch eine Öffnung 184 in und durch die Rückführleitung 176. Eine externe Drehverbindung ist über dem Antriebslagerzapfen 174 zum Durchgang von Kühlmittel 160 in seinen jeweiligen Richtungen durch die ringförmige Kühlmittelzufuhrkammer 182 und die Rückführleitung 176 befestigt.
• Vielfältige Abwandlungen der vorliegenden Erfindung sind möglich, ohne von dem ersichtlichen Umfang der Patentansprüche abzuweichen. Die Kühlwalze kann als Papier- oder Druckbahn- Trockner verwendet werden. Die Kühlwalze kann auch in anderen Anwendungen über den Bereich der Druckindustrie hinaus verwendet werden. Die Turbulenzstäbe können in irgendeiner geometrischen Stellung angeordnet werden, um die Wärmeübertragung zu erhöhen.

Claims (7)

1. Kühlwalze mit:

(a) einer zylindrischen, rotierenden äußeren Kühlwalze (12);

(b) gegenüberliegenden, zylindrischen ersten und zweiten Lagerzapfen (38, 42; 172, 174), die die Kühlwalze unterstützen und mit einem Kühlmitteleinlaß (44) bzw. einem Kühlmittelauslaß (46) in dem ersten bzw. dem zweiten Lagerzapfen versehen sind;

(c) einem inneren, stationärenWalzensegment (14), das eine zylindrische Außenfläche aufweist, deren Durchmesser geringer ist als der der äußeren Kühlwalze, um einen ringförmigen Freiraum dazwischen freizulassen;

gekennzeichnet durch

(d) die Tatsache, daß zwei dieser Segmente vorhanden sind, nämlich gegenüberliegende untere und obere zylindrische Segmente, die jeweils an einer Kühlmittelverteilerleitung und einer Kühlmittelsammelleitung (22) befestigt sind, wobei die Leitungen um ein zentrales Rohr (24) befestigt sind, das von den Lagerzapfen getragen wird; durch

(e) die Tatsache, daß die ersten und zweiten Lagerzapfen drehbar sind; durch

(f) eine Mehrzahl von Löchern (102a ... 102n) in einer Kühlmittelzufuhrkammer (24a) in einem ersten Bereich des zentralen Rohrs und einer entsprechenden Mehrzahl von Löchern (104a ... 104n) in einer Kühlmittelrückführkammer (24b) in einem zweiten Bereich des zentralen Rohrs; und durch

(g) eine Mehrzahl von Löchern (126a ... 126n; 128a ... 128n) in der Kühlmittelverteilerleitung und in der Kühlmittelsammelleitung, wodurch Kühlmittel durch den ersten Lagerzapfen (38), die Kühlmittelzufuhrkammer (24a), die Kühlmittelverteilerleitung, den Freiraum zwischen den Walzen (12, 14), die Kühlmittelsammelleitung, die Kühlmittelrückführkammer (24b) und heraus durch den zweiten Lagerzapfen (42) fließt und wodurch die stationäre innere Walze (14) Kühlmittel über die rotierende äußere Walze (12) verteilt und sammelt, wodurch die Wärmeübertragung gleichmäßig erhöht wird.

2. Kühlwalze nach Anspruch 1, mit Mitteln (48a ... 48n) zum Erzeugen einer starken Turbulenz in dem ringförmigen Freiraum zwischen der rotierenden Walze (12) und der stationären Walze (14), wodurch die Turbulenz erzeugenden Mittel eine erhöhte Wärmeübertragung schaffen.

3. Kühlwalze nach Anspruch 2, wobei die Turbulenz erzeugenden Mittel an der Außenfläche der inneren Walze angeordnet sind.

4. Kühlwalze nach Anspruch 2, wobei die Turbulenz erzeugenden Mittel an der Innenfläche der äußeren Walze angeordnet sind.

5. Kühlwalze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Turbulenz erzeugenden Mittel turbulenzinduzierende Stege (48a..., 48n) aufweisen.

6. Kühlwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein erster zylindrischer Antriebslagerzapfen einen koaxialen Kühlmitteleinlaß und -auslaß darin aufweist; und ein Kühlmittelrückführrohr (176) enthält, das konzentrisch in einer Öffnung (178) des ersten Lagerzapfens (174) angeordnet ist und an einer Öffnung (180) in einem Verschlußstopfen (181) in einem mittleren Bereich des zentralen Rohrs (24) endet; wobei sich die Kühlmittelzufuhrkammer (24a) zwischen dem Kühlmittelrückführrohr und dem zentralen Rohr befindet und die Kühlmittelverteilerleitung (20) um den äußeren Umfang des zentralen Rohrs angeordnet ist; und wobei die Kühlmittelrückführkammer (24b) sich in dem zentralen Rohr und zwischen dem Verschlußstopfen (181) und dem zweiten Wellenzapfen (172) befindet, und die Kühlmittelsammelleitung (22) um den äußeren Umfang des zentralen Rohrs angeordnet ist.

7. Kühlwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Gewicht (34) in dem unteren zylindrischen Segment (18b).