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WALZWERK
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzwerk, insbesondere zur Bearbeitung
flüssigen oder pastösen Mahlgutes, mit mindestens zwei im Inneren wenigstens einen
Hohlraum für den Durchfluss eines Temperiermittels, insbesondere eines Kühlmittels,
aufweisenden Walzen, welcher Hohlraum jeweil einem Leitung system und einer Pumpe
für den Zufluss bzw. den Abfluss des Temperiermittels verbunden ist.
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Derartige Walzwerke sind aus der GB-PS 319 256 bekannt, wobei es sich
um die Herstellung von Schokolade und damit um ein Reibwalzwerk handelt, das entsprechend
zu kühlen ist, wogegen die CH-PS 233 543 ein Walzwerk zeigt, das nicht für pastöses
Mahlgut vorgesehen ist. Auch in letzterem Falle geht es um die Kühlung der Mahlwalzen,
während die US-PS 1 107 737 das Beheizen von Walzen beschreibt. Allgemein kann daher
von "Temperieren" gesprochen werden. Das dabei verwendete Temperiermittel wird für
die Kühlung im allgemeinen Wasser sein, doch ist es für Rührwerksmühlen bereits
bekannt geworden, für diesen Zweck verdampfbare Kühlmittel einzusetzen, die in einem
ausserhalb der Mühle gelegenen Kondensator wieder verflüssigt werden.
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Bei Walzwerken ist man bisher von der Voraussetzung ausgegangen -
und es zeigen dies alle obigen Literaturstellen -dass die Temperatur jeder Walze
individuell einstellbar sein muss, und dass dies nur dadurch erreichbar ist, wenn
die einzelnen Walzen parallel an das zugehörige Leitungssystem angeschlossen sind.
Dementsprechend war der Aufwand beträchtlich, da Pumpe und Leitungssystem für den
maximalen, gegebenenfalls schwankenden, Bedarf an Temperiermittel auszulegen waren,
wobei jeder Walze ein eigener Regelkreis zugeordnet
werden musste.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Temperierung
der Walzen eines Walzwerkes herabzusetzen, und dies gelingt erfindungsgemäss dadurch,
dass die Hohlräume der Walzen über das Leitungssystem in Serie geschaltet sind.
Dadurch kann zunächst einmal die Pumpe kleiner dimensioniert werden, wobei die zwangsläufig
mit einerrSerienschaltung verbundene Temperaturdifferenz bei entsprechender Durchflussgeschwindigkeit
gering gehalten werden kann und nicht nur ohne Nachteile für den Betrieb des Walzwerkes
ist, sondern für Reibwalzwerke zum Bearbeiten flüssigen oder pastösen Mahlgutes
sogar durchaus erwünscht sein mag, weil dadurch die Uebergabe von einer Walze zur
anderen erleichtert wird. Dies ist nämlich dann der Fall, wenn die Hohlräume der
Walzen im Gegenstrom zum Mahlgut von Kühlmittel durchströmt sind. Unter "Gegenstrom"
soll dabei verstanden werden, dass beispielsweise bei einem Fünf-Walzwerk das Mahlgut
von der ersten bis über die fünfte (die jeweils letzte) Walze geleitet wird, wogegen
das Temperiermittel von der letzten bis durch die erste Walze strömt. Es ergibt
sich dadurch an der jeweils letzten Walze (bezogen auf die Richtung des Mahlgutstromes)
eine geringere Temperatur als an der ersten Walze, was die Uebergabe von der jeweils
wärmeren Walze zur jeweils kühleren Walze erleichtert. Es versteht sich aber, dass
im Falle der Erhitzung von Walzen mit Hilfe eines Wärmemediums es für die Bearbeitung
pastösen Mahlgutes zweckmässig sein mag, Mahlgut und Wärmemedium in gleicher Richtung
über bzw. durch die Walzen fliessen zu lassen.
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Auf die oben geschilderte Weise kann also überraschend ein Effekt
mit einfachen Mitteln erzielt werden, für den bisher bei der Parallelschaltung mehrere
Regelkreise erforderlich waren. Sollte eine Einstellung bzw. Regelung des Temperaturgefälles
zwischen
den einzelnen Walzen bzw. den in Serie geschalteten Hohlräumen erwünscht sein, so
ist es vorteilhaft, wenn die Durchflussmenge des Temperiermittels einstellbar, vorzugsweise
über einen Regelkreis regelbar, ist. Zwar ist in der CH-PS 245 653 für eine einzige
Walze bereits eine Durchflussmengenregelung vorgeschlagen worden, doch versteht
es sich, dass eine derartige Regelung für die erfindungsgemässe Serienschaltung
eine gänzlich andere Bedeutung hat.
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Falls also geregelt werden soll, kann der Aufwand für die Regelung
gegenüber den bisherigen Konstruktionen noch dadurch vermindert werden, dass eine
geringere Anzahl von Regelgliedern wie Temperatufühler, Regelventile und/oder Regelkreise
vorgesehen ist, als der Anzahl der Walzen entspricht, und dass vorzugsweise ein
einziges Regelglied allen Walzen gemeinsam ist.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung
eines in der einzigen Figur der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
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Ein Drei-Walzwerk besitzt eine Aufgabewalze 1, der zwei Reibwalzen
2, 3 nachgeschaltet sind. Alle Walzen 1, 2 , 3 sind in Draufsicht dargestellt, wobei
zwischen den Walzen 1, 2 ein Aufgabekasten 4 für flüssiges oder pastöses Mahlgut
in Form einer Suspension in bekannter Weise vorgesehen ist . Das fertige Produkt
wird von der Walze 3 mit Hilfe eines Abstreifmessers 5 abgenommen und fliesst in
Richtung des Pfeiles 6 in einen (nicht dargestellten) Behälter. Beispielsweise handelt
es sich bei diesem Mahlgut um Druckfarben oder Kakaomassen.
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Obwohl es gelegentlich vorkommt, dass die Walzen 1, 2 , 3 erwärmt
werden müssen, liegt im allgemeinen das Problem in der
Abführung
der beimMahlprozess entstehenden Wärme. Hierzu ist ein Leitungssystem 7 mit einer
Pumpe 8 vorgesehen, mit deren Hilfe ein Kühlmittel, im allgemeinen Wasser, von einer
Kühlmittelquelle (nicht dargestellt) über ein einstellbares Reduzierventil 9 und
ein Regelventil 10 in eine Zuflussleitung 11 gepumpt wird. Die Zuflussleitung 11
ist mit einem gleichachsig mit der Walze 3 verlaufenden und an dieser befestigten
Einlassstutzen 12 verbunden, der im Inneren der Walze 3 in ein Einlassrohr 13 mündet.
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Das Einlassrohr 13 besitzt an seinen beiden Enden je eine Verbindung
zu einem Radialkanal 14 von wo aus das Kühlmittel direkt unter den Walzenmantel
15 gebracht wird. Um dabei für eine gleichmässige Verteilung des Kühlmittels zu
sorgen, ist jeweils auf einem Absatz 16 der Stirnwandansätze 17, 18 der Walze 3
ein Innenzylinder 19 angeordnet, wobei zwischen dem Mantel 15 und dem Innen zylinder
19 in bekannter Weise schraubenlinienförmige Rippen 20 zur Bildung von Kühlmittelkanälen24
verlaufen. Es ist dies eine ähnliche Ausbildung, wie sie die DE-AS 1 003 946 zeigt.
Entsprechend dieser bekannten Ausbildung besitzt der Innenzylinder 19 etwa in der
Mitte der Längserstreckung der Walze 3 eine Abflussöffnung 21, so dass das die Wärme
abtransportierende Kühlmittel in das Innere des Innenzylinders 19 gelangt, von wo
es durch einen Abflusskanal 22 in eine Abflussleitung 23 gelangen kann.
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Obwohl es bereits aus der DE-PS 1 178 201 bekannt ist, die von den
Rippen 20 gebildeten Kühlkanäle 24 in Richtung auf den Abfluss 21 zu zu verengen,
um so mit zunehmender Beladung des Kühlmittels mit Wärme dennoch eine gleichmässige
Kühlwirkung aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten, ist diese
Massnahme gerade im Zusammenhang mit der später noch besprochenen Serienschaltung
von erhöhter Bedeutung. In diesem Zusammenhang wirkt sich auch günstig aus, dass
das Kühlmittel über wenigstens zwei Radialkanäle 14
zugeführt wird,
wobei es sich versteht, dass auch mehr als zwei solcher Radialkanäle 14 vorgesehen
sein können und insbesondere die Radialkanäle 14 paarweise einer Abflussöffnung
21 zugeordnet sind.
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Die Abflussleitung 23 bildet gleichzeitig die Zuflussleitung zu einem
weiteren Einlassstutzen 112 der Walze 2, die in ihrem Inneren ebenso ausgebildet
ist, wie dies anhand der Walze 3 beschrieben wurde. Dementsprechend tritt die Kühlflüssigkeit
aus der Walze 2 am Ende ihres Durchflusses durch deren Hohlräume in eine Leitung
123, die wiederum die Zuflussleitung der Walze 1 bildet.
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Nach Durchlauf der Kühlkanäle 24 der Walze 1 strömt das Kühlmittel
über eine Abflussleitung 25 und ein Reduzierventil 26 in einen Abfluss oder Behälter
27. Zur Aufrechtrechterhaltung eines entsprechenden Druckes kann an die Abflussleitung
25 eine Rückführleitung 28 mit einem Rückschlagventil 29 vorgesehen sein, durch
das bei Auftreten eines Ueberdruckes das Kühlwasser zur Pumpe 8 zurückgeleitet wird.
Gewünschtenfalls könnte aber auch ein Umlaufbetrieb in der Weise vorgesehen sein,
dass entweder die Pumpe 8 aus dem Behälter 27 über die Ventile 9 und 10 Kühlmittel
erhält, wobei der Behälter 27 beispielsweise selbst gekühlt ist; gegebenenfalls
kann anstelle der Abf lussleitung 25 auch lediglich die Rückführleitung 28 vorgesehen
sein, in deren Verlauf (oder im Verlauf der Leitung 11) zweckmässig eine Kühlung
durch entsprechende Einrichtungen erfolgt.
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Aufgrund der Serienschaltung der Kühlleitungen 11, 23 und 123 ergibt
sich zwangsläufig eine Temperaturdifferenz zwischen den Walzen 1, 2 und 3, die selbstverständlich
dadurch entsteht, dass das Kühlmittel die von der Walze 3 abtransportierte Wärme
in die Walze 2 einbringt und von dieser die
Wärme in die Walze 1.
Natürlich wäre es möglich, beispielsweise in den Leitung*23, 123 eine Kühlvorrichtung,
etwa mit einem verdampfbaren Kühlmittel vorzusehen, um die Temperaturdifferenz beeinflussen
zu können. An sich ist aber gerade bei flüssigem oder pastösem bzw. viskosem Mahlgut
diese Temperaturdifferenz sogar erwünscht, weil die Uebergabe von der jeweils wärmeren
auf die kältere Walze erleichtert ist.
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Während aber diese Temperaturdifferenz bisher durch gesonderte Einstellmechanismen
oder Regelkreise erreicht werden musste, ergibt sie sich bei der erfindungsgemässen
Serienschaltung von selbst. Ueberdies kann die Temperaturdifferenz auch durch die
Durchflussmenge bzw. Durchflussgeschwindigkeit durch die Walzen beeinflusst werden.
Zu diesem Zwecke ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Steuerventil 10 vorgesehen,
das durch das Ausgangssignal eines in der Leitung vorgesehenen Temperaturfühlers
30 mehr oder weniger aufgesteuert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch
das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 30 die Motordrehzahl einer volumetrischen
Pumpe 8 zu steuern. Da im allgemeinen die Temperaturdifferenz zwischen jedem Walzenpaar
3,2 bzw. 2,1 gleich sein wird, wird im Regelfall ein einziger Temperaturfühler 30
ausreichen. Gewünschtenfalls kann aber auch ein weiterer Temperaturfühler in der
Leitung 123 vorgesehen sein, in welchem Falle für alle drei Walzen 1, 2, 3 nur zwei
Temperaturfühler ausreichend sind und daher auch in diesem Falle an konstruktivem
Aufwande gegenüber den herkömmlichen Parallelschaltungen gespart werden kann.
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Falls zwei Temperatu'fühler jeweils in den Leitungen 23 bzw.
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123 vorgesehen sind, können diese entweder an eine Mischstufe angeschlossen
sein, wobei das Mischsignal zur Regelung dient, oder es ist am Ausgange der beiden
Temperaturfühler eine Auswahlschaltung vorgesehen, die den jeweils kritischten Wert
(d.h. jenen Wert, der sich eher einem vorbestimmten
Schwellwert
nähert) auswählt und das zugehörige Ausgangssignal zur Bildung des Regelsignals
für das Steuerventil 10 und/oder den Pumpenmotor verwendet. Eine derartige Auswahlschaltung
enthält im Prinzip beispielsweise einen Differenzverstärker, dessen positives oder
negatives Differenzsignal zur Aufsteuerung eines Tores im Signalweg des einen oder
anderen Temperaturfühlers dient. Die Eingänge dieses Differenzverstärkers erhalten
dabei jeweils das Ausgangssignal der beiden Temperaturfühler.
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Eine solche Auswahlschaltung kann bei einem Walzwerk mit mehr als
drei Walzen, z.B. bei einem Fünf-Walzwerk entsprechend mehrfach vorgesehen sein,
oder es ist eine ähnliche Diodenschaltung vorgesehen, wie sie von Punktlichtanzeigen
bei Leuchtdiodenschaltungen bekannt sind. Dabei sind mehrere Parallelkreise unterschiedlichen
Widerstandes vorgesehen, in denen jeweils eine Diodenschaltung vorliegt, die als
Schwellwertschalter unterschiedlich gestuften Schwellwertes dient.
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Dadurch würde also gerade das Signal jenes Temperaturfühlers benutzt,der
über seine zugehörige Diodenschaltung zur Regelstufe durchgelassen wird.
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Die dargestellte Regelung kann aber, gemäss einer bevorzugten Ausführung,
auch wie folgt funktionieren: Durch entsprechende Einstellung des Ventils 26 wird
normalerweise die Zuhaltekraft des Rückschlagventiles 29 überwunden und das Temperiermittel,
insbesondere Kühlwasser, im Kreislauf geführt. Dabei ist das Ventil 10 geschlossen.
Besonders bei kleinen abzuführenden Wärmemengen bzw. bei langem, z.B. gekühlte Leitungssystem
7 mag ein solcher Kreislaufbetrieb über lange Zeit für die Kühlung ausreichen.
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Sobald aber mittels des Temperaturfühlers 30 ein zu grosser Temperaturanstieg
festgestellt wird, wird das Ventil 10 geöffnet
und über das Drosselventil
9 Kaltwasser zugemischt.
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Dies kann entweder so erfolgen, dass das Ventil nach Art einer Analogfunktion
in dem Masse öffnet, wie die Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet -
oder das Ventil arbeitet digital bzw. nach Art einer Zweipunktregelung, indem es
bei übermässigem Temperaturanstieg am Fühler 30 so lange öffnet, bis dort die Temperatur
wieder entsprechend abgesunken ist. Dabei ist es auch denkbar, dass mehrere solcher
Zweipunktventile jeweils in Parallelleitungen zu Temperiermittelquellen unterschiedlicher
Temperatur führen, so dass je nach Temperaturunterschied durch Aufsteuern eines
dieser Ventile Temperiermittel der jeweils gewünschten bzw. benötigten Temperatur
zugeführt wird.
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Durch die zugemischte Kühlwassermenge steigt der Druck im Gesamtsystem
und überwindet dabei den voreingestellten Druck des Ventiles 26, das somit als einstellbares
Ueberdruckventil auszubilden ist. Auf diese Weise kann der Ueberschuss an Kühlmittel
abgelassen werden.
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Die zuletzt geschilderte Regelung besitzt den Vorteil hoher Effizienz
bei geringem Temperiermittelverbrauch und ist selbstverständlich vice-versa auch
auf heizbare Walzen anwendbar. So ist es beispielsweise bekannt, heisse Brüden im
Kreislauf zu führen und dabei jedesmal über einen Brüdenverdichter die verlorene
Energie wieder zuzuführen.
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Es sei erwähnt, dass anstelle von Kühlwasser auch ein verdampfbares
Kühlmittel, z.B. Freon, durch die Walzen gelassen werden kann, dort jeweils teilweise
verdampft und ausserhalb der Walzen einem Kondensator zugeleitet wird, wobei selbstverständlich
ein Umlaufbetrieb vorgesehen ist. In diesem Falle mag die innere Konstruktion der
Walzen von der anhand der Walze 3 beschriebenen Ausbildung abweichen, wie überhaupt
im Rahmen der Erfindung zahlreiche Modifikationen möglich
sind.
So können statt des Rückschlagventiles 29 und/oder eines Ueberdruckventiles 26 auch
- über Druckfühler - steuerbare Ventile vorgesehen sein. Auch kann in einer einfachen
Ausführung das Ventil 10 nie ganz geschlossen sein, so dass stets ein gewisses Mindestmass
frischen Temperiermittels zugeführt wird. Für manche Anwendungsfälle mag dabei eine
Fixeinstellung dieses Ventiles 10 dann genügen, so dass auch der Temperaturfühler
30 wegfällt. Anderseits kann bei Verwendung eines gasförmigen Temperiermittels gegebenenfalls
eine Druckerhöhung im System durch Zumischen frischen Temperiergases sogar in Kauf
genommen werden, so dass auf die Leitung 25 verzichtet werden kann.
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Ferner ist es auch möglich, dass über den Temperaturfühler 30, oder
mehrere solcher Fühler, beide erwähnten Regelfunktionen, nämlich auch die Durchflussmengenregelung
zur Einstellung der Temperaturdifferenz, realisiert werden, wobei z.B. die Zumischfunktion
über das Ventil 10 und die Durchflussmengenregelung über die volumetrische Pumpe
8 oder ein nachgeschaltetes Ventil besorgt wird. Wird der Fühler 30 für die Durchflussmengenregelung
herangezogen, ist Vorraussetzung, dass die Temperatur des zugeführten Temperiermittels
bekannt ist, weil anders ja keine Temperaturdifferenz ermittelt werden kann. Unter
dieser Voraussetzung kann dann sogar ein einziger Fühler 30 beide Funktionen entweder
gleichzeitig regeln, indem sein Ausgangs signal beiden Regelkreisen zugeführt wird
-oder es findet eine Regelung in Kaskade statt, wobei normalerweise nur die eine
Regelfunktion (z.B. die Regelung der Pumpe 8) ausgeführt und bei zu hohen Temperaturdifferenzen
(im Vergleich zu einem Sollwert) die zweite Regelfunktion zugeschaltet wird. Auch
eine wechselweise Regelung der Durchflussmenge bzw. -geschwindigkeit einerseits
und der Zumischung frischen Temperiermittels ist möglich.
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