AT11146U1 - Yankeezylinder für eine maschine zur papierherstellung - Google Patents

Abstract

Yankeezylinder aus Stahl, enthaltend einen zylindrischen Mantel (11), der mit zwei Endwänden (13, 15) verbunden ist, an welchen jeweils Lagerzapfen (3) befestigt sind, wobei der zylindrische Mantel (11) mit jeder der Endwänden (13, 15) durch eine entsprechende umlaufende Schweißraupe (C1; C) an der Außenseite des Yankeezylinders verbunden ist, die jeweils zwischen gegenüberliegenden Flächen jeder Endwand und dem Yankeezylinder hergestellt ist, und durch eine entsprechende Gegenschweißnaht (R) an der Innenseite des Yankeezylinders, und wobei der zylindrische Mantel (11) nahe jedem seiner Endränder einen Abschnitt der zylindrischen Wand aufweist, dessen Dicke allmählich von einem Bereich minimaler Dicke (S1) zu einem Bereich maximaler Dicke (S2) zunimmt, entsprechend dem die Schweißraupe (C1; C) gebildet ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft Verbesserungen in der Konstruktion eines Yankeezylinders zum Trocknen von Papier in Nassherstellungssystemen für Papier.

[0002] Zur Papierherstellung wird am häufigsten ein Nassverfahren angewandt, in welchem ein Brei aus Zellulosefasern und Wasser mit möglichen Zusatzstoffen verschiedener Art durch einen oder mehrere Stoffauflaufkästen auf einem Formationssieb verteilt wird, welches sich in Vorwärtsrichtung bewegt. Eine kleine Menge Wasser wird durch das Sieb abgeleitet, um den Trockengehalt der Breischicht zu erhöhen, welche sich auf dem Sieb selbst bildet. Durch nachfolgendes Passieren weiterer Siebe und/oder Siebe und Filze wird eine schrittweise Verringerung des Wassergehalts der Zellulosefaserschicht erreicht, um eine geeignete Konsistenz zu erhalten oder mit anderen Worten einen geeigneten Trockengehalt, der die Passage der Papierbahn durch ein Trocknungssystem ermöglicht.

[0003] Gewöhnlich umfasst das Trocknungssystem einen so genannten Yankeezylinder. Dies ist ein großer Zylinder, üblicherweise mit einem Durchmesser von 2 bis 6 m, der von innen zum Beispiel mit Dampf beheizt wird und um den die nasse Papierbahn herumgeführt wird. Das Papier trocknet infolge der Wärme aus dem Inneren des Yankeezylinders und wird dann von der zylindrischen Oberfläche des Zylinders selbst entfernt, zum Beispiel durch ein Abstreifmesser oder einfach durch Zug. Das Entfernen durch Schaben wird üblicherweise bei der Produktion von Krepppapier angewandt, da das Messer neben dem Entfernen der Bahn getrockneter Fasern vom Yankeezylinder ein bestimmtes Maß an Kreppung verleiht, die das Papier elastisch macht. Das Entfernen durch Zug wird bei der Produktion glatten Papiers angewandt.

[0004] Gewöhnlich sind die Yankeezylinder aus Gusseisen hergestellt. Diese Zylinder sind sehr schwer und zeigen deshalb infolge der Merkmale der Wärmeübertragung durch die Zylinderwandung zum zu trocknenden Papier eine beträchtliche Wärmeträgheit und eine geringe Leistungsfähigkeit.

[0005] Deshalb wurde an Systemen zur Herstellung von Yankeezylindern aus Stahl geforscht.

[0006] Die US 3911595 A und US 4320582 A offenbaren Konstruktions-Systeme für Yankeezylinder mit Montage durch Verschraubung eines zylindrischen Mantels und so genannten Enden oder Stirnwänden, die die Oberflächen an den Enden des Zylinders selbst verschließen und an denen Lagerzapfen befestigt sind, durch welche der Zylinder in geeigneten Rollenlagern gelagert wird und durch welche das thermische Trägerfluid, gewöhnlich Dampf, zirkuliert, um den Yankeezylinder zu beheizen.

[0007] Die US 3224084 A beschreibt einen Yankeezylinder, der durch Schweißen eines spiralförmig gewundenen Stahlbandes oder -Streifens erhalten wird. Die Konstruktion dieses Zylinders ist extrem komplex und die schraubenförmig verlaufenden Schweißungen an der Oberfläche des Zylinders erschweren die Herstellung und machen den Zylinder in Hinsicht auf die Unversehrtheit der Schweißung und somit auf die Sicherheit kritisch, da während des normalen Betriebes in seinem Inneren ein hoher Dampfdruck auftreten kann.

[0008] Tatsächlich ist einer der kritischsten Aspekte bei der Konstruktion von Yankeezylindern die erhöhte Belastung (teilweise durch Ermüdung), welcher die Maschinen und Anlagen aufgrund der Bedingungen, unter denen sie funktionieren müssen, unterworfen sind. Die Belastung entsteht infolge des Dampfinnendrucks, des Gewichts, der Fliehkraft und der Unterschiede in den Wärmedehnungen infolge ungleichmäßiger Wärmeverteilung. Des Weiteren ist der Zylinder beim Drehen der Ermüdungswirkung einer oder zweier Pressen unterworfen, deren Funktion an sich bekannt ist und die erhöhte Werte eines linearen Drucks auf den Mantel des Zylinders selbst ausüben.

[0009] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, mit Hilfe eines einfachen und sicheren Konstruktionssystems einen Yankeezylinder vorzusehen, insbesondere einen Yankeezylinder aus Stahl.

[0010] Gemäß einem ersten Aspekt sieht die Erfindung einen Yankeezylinder aus Stahl vor, der 1/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 einen zylindrischen Mantel enthält, der mit zwei Enden verbunden ist, an denen jeweils Lagerzapfen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Mantel an den Enden durch eine Umfangs-Schweißung befestigt ist, die zwischen den Kontaktflächen jedes Endes bzw. des zylindrischen Mantels erzeugt wird.

[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinder eine Schweißung auf, die auf einer Oberfläche eine umlaufende Schweißraupe enthält, vorzugsweise auf der äußeren Oberfläche des Zylinders, und eine gegengeschweißte Naht, d. h. eine zweite Schweißraupe auf der anderen Oberfläche, vorzugsweise der Innenfläche des Zylinders. Dies garantiert eine größere Unversehrtheit der Schweißung und eine größere Sicherheit.

[0012] Vorteilhafterweise befinden sich die Schweißraupe und, falls vorhanden, die gegengeschweißte Naht an einer Stelle, die eine Durchstrahlungsprüfung erlaubt. Zu diesem Zweck ist es vorzuziehen, die der Raupe gegengeschweißte Naht an einer freiliegenden Fläche der Zylinderstruktur innerhalb des Zylinders selbst anzuordnen. Damit ist es möglich, das Durchstrahlungsgerät an die Innen- und die Außenfläche des Zylinderschweißbereiches anzulegen und somit die Güte der Schweißung selbst zu kontrollieren und nachzuweisen, dass sie die Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte mechanische Belastung erfüllt, denen sie unterworfen ist.

[0013] Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden anhand von beispielhaften, nicht beschränkenden Ausführungsformen und in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0014] Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und die Zeichnung, welche praktische, nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigt, besser verständlich. Es zeigen: [0015] Fig. 1 einen Längsschnitt eines Yankeezylinders in einer ersten Ausführungsform; [0016] Fig. 2 eine Vergrößerung eines Abschnitts des Yankeezylinders im Bereich der

Schweißung zwischen einem der Enden und dem zylindrischen Mantel; [0017] Fig. 3 ein vergrößertes Detail der Schweißung von Fig. 2; [0018] Fig. 4 eine Vergrößerung des Abschnitts der Verankerung eines Verbindungsstücks im

Zylinder und koaxial zu diesem; [0019] Fig. 5 eine Vergrößerung des Bereichs der Schweißung und der Verankerung des

Verbindungsstücks am entsprechenden Ende; [0020] Fig. 6 eine Vergrößerung ähnlich der in Fig. 3 einer alternativen Ausführungsform der

Schweißung zwischen dem Ende und dem Mantel; [0021] Fig. 7 eine Vergrößerung ähnlich der in Fig. 6 einer modifizierten Ausführungsform der

Erfindung; [0022] Fig. 8 und 9 eine alternative Ausführungsform der Verankerung des inneren Verbin dungsstücks am entsprechenden Ende des Yankeezylinders; [0023] Fig. 10A und 10B schematisch zwei Verfahren zur Konstruktion des zylindrischen Man tels des Yankeezylinders, der in mehreren Abschnitten zusammengeschweißt ist; [0024] Fig. 11 einen teilweisen Längsschnitt eines Yankeezylinders in einer modifizierten Aus führungsform mit gewölbtem Ende; [0025] Fig. 12A und 12B eine Vergrößerung des Details, das in Fig. 11 mit XII gekennzeichnet ist, gemäß zwei alternativen Ausführungsformen; [0026] Fig. 13A, 13B und 13C eine Vergrößerung des Details, das in Fig. 11 mit XIII gekenn zeichnet ist, gemäß drei alternativen Ausführungsformen.

[0027] Zuerst wird anhand der Fig. 1 bis 5 eine erste Ausführungsform des Yankeezylinders 2/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 gemäß der Erfindung beschrieben.

[0028] In Fig. 1 ist der Zusammenbau des Yankeezylinders in einem Längsschnitt dargestellt, der die Drehachse A-A des Zylinders selbst enthält. Der Zylinder weist einen Hauptkörper 1 und zwei Lagerzapfen 3 auf, durch die der Zylinder mit Hilfe von Rollenlagern 5, 7 gelagert ist. Durch die Lagerzapfen zirkuliert ein thermisches Trägerfluid, gewöhnlich Dampf, das die innere Kammer des Yankeezylinders füllt. Die Kammer ist im Körper 1 des Zylinders ausgebildet, der durch einen zylindrischen Mantel 11 definiert ist, welcher aus einem zusammengerollten Blech mit aneinanderliegenden Rändern gebildet und entlang einer Mantellinie oder entlang einer auf der zylindrischen Oberfläche des Zylinders selbst schräg verlaufenden Linie zusammengeschweißt ist.

[0029] Der fertige Zylindermantel kann auch durch Verbinden von zwei oder mehr Zylindern hergestellt sein, die durch Rollen und Verschweißen von Blechen erhalten werden. In diesem Fall kann das Verbinden zweier benachbarter zylindrischer Mäntel durch umlaufendes Schweißen erfolgen, wenn der Kontakt an einer Linie auftritt, die rechtwinkelig zur Achse des Mantels liegt, vgl. Fig. 10A, oder durch elliptisches Schweißen, wenn der Kontakt auf einer in Bezug zur Achse des Mantels geneigten Ebene auftritt, vgl. Fig. 10B. Der Mantel 11 ist mit den Enden 13 und 15 verbunden, an denen wiederum die Lagerzapfen 3 auf eine Art und Weise befestigt sind, die im Folgenden beschrieben wird.

[0030] In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Lagerzapfen 3 einen Flanschteil 3A auf, der zum Beispiel durch Bolzen 16 mit der entsprechenden Stirnseite 13 bzw. 15 (nachstehend auch Stirn- oder Endwand 13 genannt) verbunden ist. Die Bolzen 16 sind kreisförmig um die Öffnungen 13A bzw. 15A angeordnet, die in den Enden 13, 15 gebildet sind.

[0031] Die innere Oberfläche des zusammengerollten Bleches, das den zylindrischen Mantel 11 bildet, ist mit kreisförmigen Rillen 11A ausgestattet, in denen das Kondensat gesammelt wird, das sich bei der Abgabe der Wärmeenergie aus dem in die innere Kammer des Körpers 1 des Yankeezylinders eingeführten Dampf an die Peripherie bildet. In einer Weise, die bekannt und hier nicht dargestellt ist, wird das Kondensat vom Boden der umlaufenden Rillen 11A abgesaugt und in den Kreislauf zurückgeführt.

[0032] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zylindrische Mantel 11 mit den Enden 13, 15 durch eine Schweißung verbunden, die mit kreisförmigen Schweißraupen erzeugt wird.

[0033] Fig. 2 und 3 stellen im Einzelnen eine Form der Erzeugung der verbindenden Schweißung zwischen der einen Endwand 13 und dem zylindrischen Mantel 11 dar. Die Schweißung der gegenüberliegenden Endwand 15 des Zylinders wird in im Wesentlichen symmetrischer Weise erzeugt.

[0034] Gemäß Fig. 2 und 3 sieht eine bevorzugte Ausführungsform eine Schweißung mit einem U-förmigen Querschnitt vor, die aus einer Schweißraupe besteht, die in Fig. 3 mit CI bezeichnet, und durch eine Raupe gebildet ist, die einen Hohlraum ausfüllt, der zwischen einer vorderen Abschrägung 21 am entsprechenden Ende des zylindrischen Mantels 11 und einer Abschrägung 23 an einer Fläche der Endwand 13, die zum zylindrischen Mantel 11 zeigt, definiert ist.

[0035] Die Schweißraupe ist vorzugsweise flach; ihre äußere Oberfläche schließt mit der äußeren Oberfläche des zylindrischen Mantels 11 bündig ab. Ist Letzterer mit einer Schweißpanzerung (Auftragschweißung) ausgestattet, die z.B. mit einem Lichtbogen aufgebracht wurde, dann bildet die Beschichtung eine kontinuierliche Schicht auf der zylindrischen Oberfläche des Mantels 11 und der Schweißraupe.

[0036] Um die Schweißraupe C1, die von dem Material im Hohlraum, der zwischen den Abschrägungen 21 und 23 definiert ist, gebildet wird, für ein Durchstrahlungssystem zugänglich zu machen, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform das Ende 13 mit einer kreisförmig um die Achse A-A des Yankeezylinders herum verlaufenden Vertiefung 25 ausgestattet, die angrenzend an die Stelle, an welcher die Schweißraupe C1 gebildet ist, ausgebildet ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform (siehe insbesondere Fig. 3) weist die kreisförmige Vertiefung 25 3/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 einen abgeschrägten Querschnitt auf mit einem Profil, das durch große Krümmungsradien definiert ist, die mit den benachbarten Flächen der entsprechenden Endwand 13 bzw. 15 verbunden sind. Diese ringförmige Vertiefung oder Konkavität 25 kann zum Beispiel eine Bodenfläche 25a aufweisen, die in radialer Richtung zur Achse des Yankeezylinders hin von einer Position der maximalen Tiefe 25B allmählich zu einer Position 25C ansteigt, um sich mit der im Wesentlichen flachen vorderen Fläche 25D der Endwand 13 zu verbinden.

[0037] Des Weiteren weist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Vertiefung 25 eine kreisförmig umlaufende Verbindung 25E auf, die in Bezug auf die Position der maximalen Tiefe 25B der Höhlung oder umlaufenden Vertiefung 25 radial zur Außenseite hin angeordnet ist und die sich zur Innenseite der Kammer des Yankeezylinders hin ausbildet und dabei einen umlaufenden Rand 25F definiert, der mindestens einen Teil der Wand des Bodens des U-förmigen Volumens bildet, in welchem die Schweißraupe C1 gebildet ist. An der vorderen Wand des zylindrischen Mantels 11 ist ein gegenüberliegender kreisförmiger Rand 25F gebildet. Die zwei gegenüberliegenden umlaufenden Ränder 25F stoßen derart aneinander an, dass sie das Volumen der Raupe C begrenzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Innenfläche der Ränder 25F eine Gegenschweißnaht vorgesehen, die mit R gekennzeichnet ist. Die gegengeschweißte Naht kann in Übereinstimmung mit zwei Abschrägungen vorgesehen sein, die an den gegenüberliegenden umlaufenden Rändern 25F gebildet sind und die die Bildung der gegengeschweißten Naht selbst führen.

[0038] In einer modifizierten Ausführungsform kann sich die Schweißraupe C1 an der Innenseite des Zylinders befinden und die Gegenschweißnaht R an der Außenseite.

[0039] Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass die Schweißraupe C1 und die Gegenschweißnaht R dank ihrer Position in Bezug auf die Elemente 11 und 13 und insbesondere dank der kreisförmig umlaufenden Vertiefung 25 leicht durchstrahlt werden können. Letztere verursacht des Weiteren eine Umleitung der Kraftlinien im Material, das den Yankeezylinder bildet, wenn dieser den während des Betriebs entstehenden Belastungen ausgesetzt ist. Dieser Verlauf der Kraftlinien vermindert die Belastung der Schweißraupe und damit das Risiko ihres Bruches.

[0040] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist auch die direkt an die Schweißraupe C1 angrenzende Position des zylindrischen Mantels 11 eine Struktur auf, die speziell dafür konzipiert ist, die Lastbedingungen der Schweißraupe zu verbessern und die Dicke der Schweißraupe C1 in radialer Richtung zu erhöhen. Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt ist, weist der zylindrische Mantel 11 nahe jedem der Endränder einen zylindrischen Wandabschnitt mit schrittweise anwachsender Dicke von einem Bereich minimaler Dicke S1 zu einem Bereich maximaler Dicke S2 hinter der Schweißraupe C1 auf.

[0041] In dieser Ausführungsform sind daher die Endwände 13, 15 stumpf mit einer U-förmigen Raupe und innenliegender Gegenschweißtnaht mit den stirnseitigen Rändern des zylindrischen Mantels 11 verbunden. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Verbindung durch Schweißen der Endwände 13, 15 an den zylindrischen Mantel 11 durch Einführen der Endwände 13, 15 in das Innere des zylindrischen Mantels 11 gegeben. Fig. 6 zeigt eine Anordnung dieser Art in einem vergrößerten Querschnitt ähnlich dem Querschnitt von Fig. 3. In diesem Fall befindet sich die U-förmige Schweißraupe C1 an einer Position, die zwischen zwei gegenüberliegenden Abschrägungen definiert ist, die erste an einem umlaufenden Rand der Endwand 13, mit 23X bezeichnet, und die andere an einem innenliegenden Abschnitt des Zylindermantels 11, bezeichnet mit 21X. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schweißung mit einer innenliegenden Gegenschweißnaht R gebildet.

[0042] Vorzugsweise befindet sich auch in diesem Fall in der Endwand 13 eine Vertiefung 25, die kreisförmig verläuft und benachbart der Schweißraupe C1 und deren Gegenschweißnaht R angeordnet ist, welche auf der inneren Oberfläche der Einheit 11,13 erzeugt ist. In diesem Fall optimiert die Vertiefung 25, die im Querschnitt wieder durch ein sanft geschwungenes Profil und durch große Krümmungsradien gekennzeichnet ist, die Form der Kraftlinien im Bereich der Schweißnaht selbst und vermindert somit die Belastung, welcher die Naht durch die Wirkung des Innendrucks im Yankeezylinder unterworfen ist. 4/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 [0043] In einer modifizierten Ausführungsform kann sich die Schweißraupe C1 an der Innenseite und die Gegenschweißnaht R an der Außenseite des Zylinders befinden.

[0044] In einer modifizierten Ausführungsform kann die Schweißnaht, die das entsprechende Ende mit dem zylindrischen Mantel verbindet, eine V-Form aufweisen, eine 1/2-V-Form, vorzugsweise mit einer Gegenschweißnaht, oder eine K- oder X-Form mit einer inneren und äußeren Raupe. Es ist auch möglich, dass die Schweißnaht doppel-U-förmig anstatt U-förmig mit Gegenschweißnaht R ist. Die dargestellte Schweißung zeigt trotzdem eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber den Belastungsarten, denen sie unterworfen ist.

[0045] Die zwei Stirnwände 13, 15 des Yankeezylinders sind nicht nur durch den zylindrischen Mantel 11, sondern auch durch ein innenliegendes Verbindungsstück 31 miteinander verbunden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das innenliegende Verbindungsstück 31 koaxial zum Zylinder, und es weist eine rohrförmige Struktur auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das innere Verbindungsstück 31 vorgespannt sein, um thermische Belastungen infolge der unterschiedlichen Ausdehnungen der verschiedenen Teile des Yankeezylinders zu kompensieren.

[0046] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die rohrförmige Struktur 31A des Verbindungsstücks 31 mit geeigneten Öffnungen 33 für die Hindurchführung von Leitungen des Kon-densatabsaugsystems (in der Zeichnung nicht dargestellt), sowie mit Öffnungen 34 mit kleinerem Durchmesser für die Zirkulation und Verteilung des Dampfes ausgestattet. Das Verbindungsstück 31 ist des Weiteren mit geeigneten Durchlässen 36 für den Zugang von Personen und die Wartung im kreisförmigen Kranz-Volumen ausgestattet. Die rohrförmige Struktur des Verbindungsstücks 31 ist stumpf mit zwei entsprechenden ringförmigen Körpern 35, 37 verbunden, von denen einer in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist. Die ringförmigen Körper 35, 37 sind mit den entsprechenden Endwänden 13, 15 verbunden. Zu diesem Zweck ist jeder der zwei ringförmigen Körper 35, 37 mit einer Reihe von Durchgangsöffnungen ausgestattet, die in Bezug auf den Umfang, entlang welchem die rohrförmige Struktur 31A an den Körper 35 bzw. 37 stumpfgeschweißt ist, außen angeordnet ist, und mit einer Reihe von Durchgangsöffnungen, die in Bezug auf diesen Umfang innen angeordnet ist. Die Verbindung zwischen dem ringförmigen Körper 35, 37 und der Endwand 13, 15 ist durch zwei Reihen Schrauben 39 hergestellt, die innen bzw. außen einer gedachten zylindrischen Oberfläche angeordnet sind, die eine gedachte Verlängerung der rohrförmigen Struktur 31A bildet.

[0047] Durch geeignete Elemente ist es möglich, die Struktur 31A und die ringförmigen Körper 35, 37 während der Montage einer Zugbelastung auszusetzen.

[0048] In jedem ringförmigen Körper 35, 37 ist bei 43 bzw. 45 mit einer Doppelschweißraupe ein Verstärkungsring 41 um die Öffnung 13A bzw. 15A der Endwand 13 bzw. 15 geschweißt.

[0049] In einer vorteilhaften Ausführungsform (siehe insbesondere die Vergrößerung in Fig. 5) ist die Verbindung zwischen der rohrförmigen Struktur 31A des Verbindungsstücks 31 und den ringförmigen Körpern 35, 37 durch eine K- oder X-förmige Schweißnaht hergestellt, die aus einer Doppelschweißraupe C2 besteht, welche in dem Raum gebildet ist, der durch zwei V-förmige Abschrägungen der Fläche des vorderen Endes der rohrförmigen Struktur 31A und eines kreisförmigen Randes 45 (oder eines V-förmigen Randes) des entsprechenden ringförmigen Körpers 35, 37 gebildet ist.

[0050] Die Struktur des mittigen Verbindungsstücks 31 und seiner Verbindung mit den Enden 13,15 kann auch gemäß anderen Anordnungen, verglichen mit den in Bezug zu der in den Fig. 4 und 5 dargestellten hergestellt, werden. Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 8 dargestellt. In diesem Fall hat das Verbindungsstück 31 eine rohrförmige Struktur 31A, die mit einer K-förmigen oder X-förmigen Doppelraupe C3 an einen ringförmigen Vorsprung 4 9 stumpfgeschweißt ist, der an einem ringförmigen Körper 51 gebildet ist, welcher mit Hilfe einer Doppelschweißraupe C4 in einer Öffnung in der entsprechenden Endwand 13 oder 15 angeschweißt ist. Der ringförmige Körper 51 weist ein Gehäuse 53 auf, in das der Flanschteil 3A des entsprechenden Lagerzapfens 3 eingeführt ist, welcher dann an dem Komplex, der durch die Endwand 5/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 13 und den an dieses fest angeschweißten kreisförmigen Körper 51 gebildet ist, mittels einer Schraubverbindung befestigt ist, wie in Fig. 8 dargestellt.

[0051] Fig. 9 stellt eine weitere Ausführungsform der Verbindung zwischen dem Verbindungsstück 31 und den Endwänden 13, 15 des Yankeezylinders dar. In dieser Anordnung ist die Schweißnaht zwischen der rohrförmigen Struktur 31A und dem kreisförmigen Körper 51 keine Stumpfnaht mit Doppelraupe C3, C3, wie in Fig. 8 dargestellt, sondern sie ist durch eine einzelne Schweißraupe C5 gebildet. Der ringförmige Köper 51 ist wiederum durch eine Schweißraupe C4, C4 mit dem Hauptteil der Endwand 13 verbunden, und der Komplex 13, 51 ist mittels einer Schraubverbindung mit dem Flanschteil 3A des entsprechenden Lagerzapfens 3 verbunden. Die Schraubverbindung kann ausgeführt sein, indem die Schraube in eine Blindbohrung geschraubt ist (wie in Fig. 9 dargestellt) oder indem sie durch eine Durchgangsbohrung in eine im Inneren des Zylinders angeordnete Mutter geschraubt wird.

[0052] In den bisher beschriebenen Ausführungen ist die Verbindung zwischen dem zylindrischen Mantel 11 und den Endwänden 13, 15 ausschließlich durch Schweißen hergestellt, womit die Verwendung von Schrauben oder Bolzen ausgeschlossen ist, die in bekannten Anordnungen gewöhnlich verwendet werden und mehrere Nachteile aufweisen, einschließlich des Risikos, hoher Biegebelastung ausgesetzt zu werden, welcher diese mechanischen Komponenten nicht mit ausreichender Sicherheit widerstehen können, und die wegen der Biegeverformungen aufgrund der Wirkung des Innendrucks während des Betriebs außerdem das Risiko bergen, dass keine adäquate Dichtung zwischen dem Inneren und dem Äußern des Zylinders gewährleistet werden kann. Eine Biegeverformung dieser Art schwächt die Dichtung zwischen den durch Schrauben verbundenen Flächen des zylindrischen Mantels und der Endwände, mit der Folge des Austretens von überhitztem Dampf aus dem Inneren des Zylinders. Ein zweites mögliches Problem ist der Umstand, dass eine Schraubverbindung nicht vor dem Eindringen von Oxidationsmitteln zwischen die Verbindungsflächen schützt. Wenn zum Beispiel infolge der betriebsbedingten Belastung eine auch nur teilweise Trennung der Verbindungsflächen voneinander aufträte, könnte Feuchtigkeit, möglicherweise gemischt mit im Verfahren anwesenden chemischen Mitteln, zwischen die Oberflächen eindringen. Unter dieser Bedingung könnte sich eine Oxidschicht bilden, die das Schließen der Verbindung verhindert. Die Oxidschicht kann im Lauf der Zeit an Dicke zunehmen, bis sie die Sicherheit der Verbindung gefährdet.

[0053] Fig. 7 stellt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung dar, in welcher die Verbindung zwischen dem zylindrischen Mantel 11 und den Endwänden 13,15 durch die Verwendung eines Kranzes von Schrauben oder Bolzen hergestellt ist, bei der aber die eben angeführten Nachteile, die sich aus der erhöhten Biegebelastung der Schrauben ergeben, vermieden werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen Teile, die denen in vorhergehenden Ausführungsformen gleich oder zu diesen äquivalent sind.

[0054] In dieser Ausführungsform ist auf die Innenfläche 13B der Endwand 13 (eine ähnliche Anordnung ist am hier nicht dargestellten Ende 15 vorgesehen) ein Ring 61 geschweißt, zum Beispiel durch eine V-förmige Schweißraupe C6 (ohne dass dadurch andere Formen der Schweißraupe ausgeschlossen werden sollen). Der Ring 61 weist eine äußere zylindrische Oberfläche auf, deren Durchmesser im Wesentlichen identisch mit dem Innendurchmesser des Endabschnittes des zylindrischen Mantels 11 ist, wobei der Mantel um den Ring 61 herum angeordnet ist und mit seiner Vorderfläche 11A gegen die innenliegende Vorderfläche 13A der Endwand 13 stößt. Eine Reihe von Schrauben 63 verbindet die Endwand 13 und den zylindrischen Mantel 11 mechanisch. Eine ähnliche Verbindung ist zwischen der Endwand 15 und dem anderen Ende des zylindrischen Mantels 11 erforderlich.

[0055] Mit dieser Gestaltung wird die Biegebelastung, die durch den Innendruck des Yankeezylinders auf die Verbindung zwischen den Komponenten 13,15 und der Komponente 11 einwirkt, auf den Ring 61 und somit auf die Endwand 13 sowie 15 abgeleitet, während die Schrauben 63 im Wesentlichen nur der Zugbelastung und nur marginaler Biegebelastung oder jedenfalls Biegebelastungen ohne Bedeutung ausgesetzt sind.

[0056] Diese Gestaltung zeigt auch den weiteren Vorteil der Möglichkeit, eine Dichtung 65 6/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 anzubringen, zum Beispiel eine Dichtung aus Gummi oder Kupfer. Diese kann in einem umlaufenden Gehäuse in der äußeren radialen Fläche des Rings 61 untergebracht sein, d. h. in der Fläche, die den zylindrischen Mantel 11 berührt. Die Dichtung gewährt Sicherheit gegen den Austritt von Dampf, wenn der Yankeezylinder unter Druck steht.

[0057] Fig. 7 zeigt eine Struktur eines Verbindungsstücks 31, die im Wesentlichen äquivalent zu der von Fig. 1 bis 5 ist, es ist aber zu verstehen, dass in diesem Fall das Verbindungsstück 31 wie z.B. in Fig. 8 und 9 dargestellt verankert sein kann.

[0058] Der Körper 1 des Yankeezylinders kann aus einem einzelnen Blech hergestellt werden, dessen Breite gleich der Länge des Zylinders ist, und das geformt und mit stumpfgeschweißten gegenüberliegenden Rändern versehen ist. Dennoch kann vor allem im Fall von Yankeezylindern mit größerer Achslänge der zylindrische Mantel des Körpers 1 in mehreren Abschnitten erzeugt sein, z.B. indem zwei Bleche jeweils zu einer zylindrischen Wand geformt und die zwei Zylinderabschnitte dann entlang einer umlaufenden Linie aneinandergeschweißt werden. Diese Art und Weise, einen Körper 1 des Yankeezylinders zu bilden, ist in Fig. 10A dargestellt. 101 und 102 bezeichnen die zwei geformten Bleche, die bei T stumpfgeschweißt sind. CT kennzeichnet zwei Stoßränder am Außenrand, die zu einer einzelnen umlaufenden Schweißlinie CS aneinandergeschweißt sind, welche in einer zur Achse des Zylinders orthogonalen Ebene angeordnet ist. Fig. 10B zeigt ein Verfahren zur Herstellung des zylindrischen Mantels 1 des Yankeezylinders mit zwei Abschnitten aus Stahlblech 101, 102, die gegenüberliegende schräge Ränder aufweisen, so dass die Schweißung der zwei Abschnitte des zylindrischen Mantels 1 des Yankeezylinders entlang einer elliptischen Linie CS' erfolgt, die in einer Ebene liegt, die nicht orthogonal zur Achse des Zylinders ist. Wenn erforderlich, kann der zylindrische Mantel durch Zusammenschweißen von mehr als zwei Abschnitten so hergestellt werden, wie in Fig. 10A und 10B dargestellt ist.

[0059] In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Yankeezylinder mit Endwänden 13, 15 ausgestattet sein, die einen gewölbten oder teilweise gewölbten Querschnitt aufweisen, mit einer nach außen gerichteten Konkavität und einer zur Innenseite des Zylinders gerichteten Konvexität. In einer möglichen Ausführungsform ist der gewölbte Abschnitt der Endwände mit Hilfe einer kreisförmig umlaufenden Wand mit gewölbtem Querschnitt gebildet (d.h. einem Schnitt entsprechend einer radialen Ebene). In einer Ausführungsform ist die Wand entlang eines äußeren Umfangs des Mantels angeschweißt oder an einen ebenen kreisförmigen Abschnitt der Endwand. In einer Ausführungsform ist diese kreisförmige Wand entlang eines umlaufenden Innenrandes an eine kreisförmige Platte geschweißt, die vorzugsweise eben ist und die den mittleren Teil der Endwand definiert, an welchem der entsprechende Lagerzapfen befestigt ist. Die gewölbte Form ermöglicht eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber dem hohen Druck im Zylinderinneren bei geringerer Wanddicke als bei ebenen Wänden.

[0060] Fig. 11 zeigt anhand des Beispiels der Endwand 15 einen Längsschnitt von einer der beiden Endwände des Yankeezylinders mit gewölbtem Teil. 15X bezeichnet eine gewölbte Wand mit einer ringförmigen Ausbildung mit nach außen zeigender Konkavität. Sie ist entlang eines umlaufenden Randes innen an eine kreisförmige ebene Platte 15Y angeschweißt, die den mittleren Abschnitt der Endwand 15 bildet und an welcher der Lagerzapfen 3 befestigt ist. Entlang eines umlaufenden Außenrandes ist die gewölbte Wand 15X an einen äußeren Ring 15Z geschweißt. In einer Ausführungsform (Fig. 11, 12A) ist der Durchmesser der ringförmigen Platte 15Y derart, dass das innenliegende rohrförmige Verbindungsstück 31 an der ringförmigen Platte 15Y selbst verankert ist. Der Durchmesser der Schweißung zwischen den Wänden 15X und 15Y ist deshalb größer als der Durchmesser des inneren Verbindungsstücks 31. In einer möglichen Ausführungsform ist die Schweißung zwischen den Wänden 15X und 15Y eine doppel-U- oder doppel-V-förmige Schweißnaht, wie in Fig. 12A dargestellt. In einer modifizierten Ausführungsform kann die Schweißung eine 1/2-V-förmige Schweißnaht sein. Im Allgemeinen weist die Schweißung eine Doppelschweißraupe auf, innen- und außenliegend, oder eine Schweißraupe an der Vorder- und der Rückseite.

[0061] In einer modifizierten Ausführungsform (Fig. 12B) ist der Durchmesser der Platte 15Y 7/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 kleiner als der Durchmesser des innenliegenden rohrförmigen Verbindungsstücks 31, so dass Letzteres mit einem der bereits beschriebenen Systeme an der gewölbten Wand 15X verankert ist. Zu diesem Zweck kann die Wand 15X zum Beispiel abgeflachte ringförmige Bereiche 18A, 18B aufweisen, an welchen die Köpfe von Befestigungsschrauben oder -bolzen ruhen. In einer Ausführungsform ist an der Innenfläche des ringförmigen gewölbten Wand 15X zwischen dieser und dem Verbindungsstück 31 ein Ausgleichsring 18C eingefügt.

[0062] Entlang der umlaufenden Außenkante ist die gewölbten Wand 15X mit einer Doppel-U-, Doppel-V oder 1/2-V-Naht mit einer Schweißraupe an einer Seite und einer Gegenschweißung auf der anderen Seite, oder mit jeder beliebigen anderen geeigneten Form der Schweißung, an den äußeren Ring 15Z (Fig. 13A) angeschweißt, welcher wiederum an den zylindrischen Mantel 11 angeschweißt ist. In dieser Ausführungsform ist der Querschnitt des Rings 15Z wie der radial weiter außen liegende Abschnitt der Endwände 13, 15 geformt, die anhand der Fig. 1 bis 9 beschrieben sind. Die Schweißung am äußeren Rand des zylindrischen Mantels 11 ist in ähnlicher Weise erzeugt.

[0063] In einer modifizierten Ausführungsform (Fig. 13B) ist die gewölbte Wand 15X mit einer U-förmigen oder mit einer doppel-U-förmigen, einer doppel-V-förmigen, einer 1/2-V-förmigen Naht oder mit anderen geeigneten geformten Nähten direkt an einen äußeren Umfangsrand des Endes des zylindrischen Mantels 11 geschweißt. Zum Beispiel kann der zylindrische Mantel 11 einen nach innen gerichteten kreisförmigen Rand aufweisen, wie in Fig. 13B dargestellt, entlang welchem die Schweißung des umlaufenden Außenrandes des gewölbten kreisförmigen Wandteils 15X ausgeführt ist. Vorzugsweise ist die Schweißung mit einer äußeren Schweißraupe und einer inneren Gegenschweißung ausgeführt, so dass diese Lösung der Schweißung gemäß Fig. 6 ähnelt.

[0064] In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 13C) weist der gewölbte ringförmige Wandteil 15X einen Außendurchmesser auf, der identisch mit dem Außendurchmesser des zylindrischen Mantels 11 ist, wobei Letzterer an der Innenfläche des gewölbten Wandteils 15X stumpf angeschweißt ist. In einer möglichen Ausführungsform ist die Schweißung mit einer äußeren umlaufenden Schweißraupe und einer innenliegenden Gegenschweißung ausgeführt (Fig. 13C), obwohl andere Konstruktionslösungen nicht ausgeschlossen sind.

[0065] Jede der Ausführungsformen der am weitesten außenliegenden radialen Schweißungen (Fig. 13A, 13B, 13C) kann mit einer Ausführungsform der am weitesten innenliegenden radialen Schweißungen (Fig. 12A, 12B) kombiniert sein.

[0066] Gewölbte Endwände wie in Fig. 11, 12A, 12B, 12C, 13A, 13B können auch für einen Yankeezylinder der in Fig. 7 dargestellten Art verwendet werden.

[0067] Es versteht sich, dass die Zeichnung ein Beispiel ist, das nur der praktischen Demonstration der Erfindung dient, da diese in Form und Aufbau variieren kann, ohne von der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. Etwaig vorhandene Bezugszeichen in den angefügten Ansprüchen dienen dem leichteren Verständnis der Ansprüche in Bezug auf die Beschreibung und Zeichnung und beschränken den in den Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung nicht.

[0068] Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung außerdem einen Yankeezylinder aus Stahl, der einen zylindrischen Mantel aufweist, welcher mit zwei Abschlussenden verbunden ist, an welchen jeweils Lagerzapfen befestigt sind, wobei die Enden mit dem zylindrischen Mantel durch mehrere Schrauben verbunden sind, die im Wesentlichen parallel zur Achse des zylindrischen Mantels sind, und wobei an die Innenfläche jeden Endes ein Ring geschweißt ist, der eine innenliegende Stütze für das entsprechende Ende des zylindrischen Mantels, das den Ring umgibt, bildet, wobei mindestens ein Teil der Biegebelastung vom zylindrischen Mantel an den Ring abgeleitet wird. Der Ring kann durch eine K-förmige Naht an das Ende geschweißt sein. Gemäß einigen Ausführungsformen ist zwischen dem Ring und der Innenfläche des Mantels eine ringförmige Dichtung angeordnet. Die Dichtung kann in einem Gehäuse im Ring untergebracht sein. 8/19

Claims (23)

1. österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15 Ansprüche 1. Yankeezylinder aus Stahl, enthaltend einen zylindrischen Mantel (11), der mit zwei Endwänden (13, 15) verbunden ist, an welchen jeweils Lagerzapfen (3) befestigt sind, wobei der zylindrische Mantel (11) mit jeder der Endwänden (13, 15) durch eine entsprechende umlaufende Schweißraupe (C1; C) an der Außenseite des Yankeezylinders verbunden ist, die jeweils zwischen gegenüberliegenden Flächen jeder Endwand und dem Yankeezylinder hergestellt ist, und durch eine entsprechende Gegenschweißnaht (R) an der Innenseite des Yankeezylinders, und wobei der zylindrische Mantel (11) nahe jedem seiner Endränder einen Abschnitt der zylindrischen Wand aufweist, dessen Dicke allmählich von einem Bereich minimaler Dicke (S1) zu einem Bereich maximaler Dicke (S2) zunimmt, entsprechend dem die Schweißraupe (C1; C) gebildet ist.
2. 2. Yankeezylinder nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche des zylindrischen Mantels (11) mit einer Anzahl umlaufender Rillen (11A) ausgestattet ist, um das Kondensat zu sammeln, das durch den in den Zylinder eingeführten Dampf gebildet wird, und wobei der Bereich minimaler Dicke (S1) des Abschnitts der zylindrischen Wand an eine der umlaufenden Rillen (11A) angrenzt und die minimale Dicke (S1) größer als die Dicke der zylindrischen Wand in Übereinstimmung mit der umlaufenden Rille ist.
3. 3. Yankeezylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißraupe (C1) einen U-förmigen Querschnitt aufweist oder die Schweißraupe und die Gegenschweißnaht zusammen einen X- oder K-förmigen Querschnitt bilden.
4. 4. Yankeezylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Schweißraupe (C1) auf der entsprechenden vorderen Fläche des Yankeezylinders ausgebildet ist.
5. 5. Yankeezylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schweißraupe (C) auf der zylindrischen Oberfläche des Yankeezylinders ausgebildet ist.
6. 6. Yankeezylinder nach Anspruch 5, wobei jede Schweißraupe in einem Raum gebildet ist, der zwischen einer vorderen Abschrägung (21X) am entsprechenden Rand des zylindrischen Mantels (11) und einer Abschrägung (23X) an der Fläche der zum Mantel gerichteten Endwand (13) definiert ist.
7. 7. Yankeezylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Endwände (13,15) nahe der Schweißraupe (C1; C) eine kreisförmige Vertiefung (25) aufweist.
8. 8. Yankeezylinder nach Anspruch 7, wobei die kreisförmige Vertiefung (25) auf der innenliegenden Fläche der entsprechenden Endwand (13,15) gebildet ist.
9. 9. Yankeezylinder nach Anspruch 7 oder 8, wobei die kreisförmige Vertiefung (25) einen Querschnitt mit einem Profil aufweist, das durch große Krümmungsradien definiert wird, die an die umgebenden Flächen der entsprechenden Endwand anschließen.
10. 10. Yankeezylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Endwände an der zum Zylinderinneren gerichteten Fläche eine ringförmige Konkavität (25) mit einem Boden, der von einem Bereich maximaler Tiefe (25B) der ringförmigen Konkavität radial zur Innenseite des Zylinders bis zu einer innenliegenden, im Wesentlichen ebenen vorderen Fläche (25D) der entsprechenden Endwand allmählich ansteigt, und eine ringförmige Verbindung (25E) vom Bereich maximaler Tiefe (25B) zu einem ringförmigen Vorsprung aufweist, der teilweise den Boden einer Höhlung definiert, in welcher die Schweißraupe (C1) gebildet ist, wobei die zur Schweißraupe gegengeschweißte Naht (R) am ringförmigen Vorsprung gebildet ist.
11. 11. Yankeezylinder nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6, 10, wobei die Endwände (13, 15) stumpf an die vorderen Ränder des zylindrischen Mantels (11) geschweißt sind.
12. 12. Yankeezylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Endwände (13, 15) in den zylindrischen Mantel (11) eingefügt sind und jedes von ihnen von einem Endbereich des zylindrischen Mantels (11) umschlossen wird. 9/19 österreichisches Patentamt AT 11 146 U1 2010-05-15
13. 13. Yankeezylinder nach Anspruch 12, wobei die gegenüberliegenden Flächen jeder der Endwände (13, 15) und des zylindrischen Mantels (11) abgeschrägt sind, um einen Raum zu definieren, in welchem die Schweißraupe (C) gebildet ist, die im Inneren des entsprechenden Endes des zylindrischen Mantels (11) gebildet ist.
14. 14. Yankeezylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Endwände (13,15) mindestens einen gewölbten Teil (15X) aufweist.
15. 15. Yankeezylinder nach Anspruch 14, wobei die Endwände (13, 15) einen gewölbten ringförmigen Teil (15X) mit einer Konvexität aufweisen, die zur Innenseite des Zylinders gerichtet ist, und einer Konkavität, die zur Außenseite gerichtet ist.
16. 16. Yankeezylinder nach Anspruch 14 oder 15, wobei jedes der Enden eines ringförmigen gewölbten Wandteil (15X) mit einer Konkavität zur Außenseite des Zylinders und einer Konvexität zur Innenseite des Zylinders aufweist, die innen entlang eines umlaufenden Außenrandes einer Mittelplatte (15Y), mit welcher der entsprechende Lagerzapfen (3) des Zylinders verbunden ist, abgedichtet sind.
17. 17. Yankeezylinder nach Anspruch 16, wobei der gewölbte ringförmige Wandteil (15X) einen umlaufenden Außenrand aufweist, der an einen entsprechenden Endrand des zylindrischen Mantels (11) geschweißt ist.
18. 18. Yankeezylinder nach Anspruch 17, wobei der gewölbte ringförmige Wandteil (15X) einen umlaufenden Außenrand aufweist, der an einen seitlichen Ring (15Z) angeschweißt ist, der wiederum an einen entsprechenden Endrand des zylindrischen Mantels (11) geschweißt ist.
19. 19. Yankeezylinder nach einem der Ansprüche 14 bis 18, und einem inneren Verbindungsstück (31), das am z.B. gewölbten Teil jeder Endwand verankert ist.
20. 20. Yankeezylinder nach Anspruch 16, mit einem inneren Verbindungsstück (31), dessen Enden jeweils an der entsprechenden Mittelplatte (15Y) verankert sind.
21. 21. Yankeezylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem innenliegenden Verbindungsstück (31) koaxial zum Zylinder, das vorzugsweise vorgespannt ist.
22. 22. Yankeezylinder nach Anspruch 21, wobei das innenliegende Verbindungsstück (31) eine rohrförmige Struktur (31A) aufweist, deren Enden durch eine umlaufende Schweißung mit ringförmigen Verankerungskörpern (35, 37; 51) verbunden sind, welche an den Endwänden (13, 15) des Yankeezylinders verankert sind, wobei die Verankerungskörper vorzugsweise an den Endwänden angeschweißt oder durch Bolzen verankert sind.
23. 23. Yankeezylinder nach Anspruch 22, wobei die rohrförmige Struktur (31A) an die ringförmigen Körper stumpfgeschweißt ist, wobei jeder ringförmige Körper (35, 37; 51) vorzugsweise durch eine Doppelschweißraupe (C3; C2) an die rohrförmige Struktur (31A) geschweißt ist, mit einer X- oder K-förmigen Naht innen- oder außenliegend zur rohrförmigen Struktur. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen 10/19