CN115243873A - 用于加热压花-层压装置中的压花辊的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压花装置以及一种压花方法，所述压花装置和压花方法采用电磁感应装置(19，20)以便主要在压花辊(4，5)的外表面上感应涡电流。所述涡电流主要加热所述压花辊的外表面。

Description

用于加热压花-层压装置中的压花辊的方法和装置

技术领域

本发明涉及对用于加热压花辊的方法和装置的改进，所述压花辊适于生产多层纤维素幅材材料。

背景技术

在薄纸生产和加工领域中，为了获得比如成卷的卫生纸、厨房用纸、餐巾纸和面巾纸等产品，已知从一个或多个母卷筒展开多个纤维素纤维层并且将这些层加工成半成品或成品，所述半成品或成品包括结合至彼此的两个或更多个层。

用于生产多层幅材材料的纤维素纤维层的结合通常使用胶水或通过机械层结合(亦即通过在高压下将一个层按压抵靠另一个层获得)进行。为此目的，通过压花辊和压力辊对纤维素纤维层中的至少一个进行压花，所述压力辊通常涂覆有弹性屈服材料。通过压花，所述纤维素纤维层永久地变形，从而形成压花突起。在纤维素纤维层仍然被粘附至压花滚筒时，将胶水施加至压花突起。随后，将第二层叠加于压花的纤维素纤维层上，并且在接收胶水的区域中将两个层按压抵靠彼此，以使它们相互粘附。

然后，使两个或更多个层(至少一个、部分或全部被压花)结合，以形成多层幅材材料。所述幅材材料可以被卷绕以形成卷，或者被切割和折叠以形成面巾纸、餐巾纸等等。

除了使所述纤维素材料层能够相互粘附之外，压花还具有提高多层纸制品的质量的目的。例如，在一个或多个纤维素材料层被卷绕成卷的情况下，可以增加每个单层的厚度以便获得成品的体积或直径的增加。在其它情况下，可以增加层的机械强度、亦即极限拉伸强度，或者增加吸收性或柔软性。

由于这些原因，已经开发了许多对纤维素材料层进行压花的方法和机器，如EP1075387、EP1855876、US3556907、EP1239079、EP1319748、US6746558中所描述的。

为了进一步改善纤维素材料层的特征，已经开发了一种改进的压花技术，所述压花技术使用加热的压花辊。在专利ITMI1995A001197中描述了这种技术，其中一层纤维素材料被润湿并且穿过由一对钢压花辊形成的辊隙，所述一对钢压花辊在表面上设置有压花突起，其中所述两个辊的突起根据“末端对末端”模式在压力下彼此接触地布置，并且其中所述两个钢辊在压花期间被加热以干燥所述层。

为了加热前述压花辊(以及通常例如在形成纸层的情况下，对于设置有光滑的加热辊的所有压光系统)，使用用于使位于压花辊内部的导热油、蒸汽或水再循环的系统。这些系统是非常昂贵的、能量密集型的且效率非常低的，并且对于需要在加热设备和压花辊附近工作的操作者来说是危险的。

通过流体的再循环实现的对压花辊的加热还需要较长的加热时间，因为由流体在内部供应的热量必须在它到达外表面(亦即，用于处理纤维素材料层的工作表面)之前加热整个辊。

此外，具有再循环流体的加热系统对于操作者来说是危险的，因为它们通常在从加热锅炉通向压花辊的管道中被加压。其中一个管道的破裂或热流体从其中一个管道的泄漏或者仅仅与这些管道的接触都会对操作者造成严重的烧伤。因此，需要改进加热技术，特别是压花辊的加热技术，亦即，需要采用更节能的、更快速地加热辊的、并且对于需要使用带有加热辊的压花机器工作的操作者来说更安全的系统。

发明内容

通过根据所附权利要求1的压花-层压装置以及根据权利要求31的用于对压花-层压装置中的压花辊进行电磁加热的方法实现这些以及其它目的，所述这些以及其它目的在下文中将更明显。

在示出所述方法、装置以及通过其获得的产品的各种实施例的特征之前，应当提供一些定义。

在本文中，术语“压花”涉及纤维素结构(比如层或多层片材)的一部分的、垂直于它所在的平面的永久变形过程，通过所述永久变形过程，所述纤维素结构永久地变形，从而形成从所述纤维素结构所在的正常平面(例如，在在多层材料上进行压花的情况下，所述层或多层幅材材料所在的平面)凸出的突起或隆起。

压花装置通常指这样的装置：该装置在至少一个层上进行压花工艺并且如果必要的话，通过层压将两个或更多个层结合至彼此，例如使用被施加至这些层中的至少一个层、优选地被施加至形成于一个或多个层上的至少一些压花突起的顶部表面的胶水。

所述压花滚筒的“外表面”指包括压花突起的前表面、压花突起的侧面以及向外凸出有所述压花突起的辊所在的平面的表面的整个区域。

本发明的目的在于获得一种改进的带有加热的辊的压花装置，所述压花装置解决现有技术的问题，更特别地，获得一种带有辊的装置，所述辊通过用于均匀地加热所述辊的外表面的电磁感应加热。

本发明的目的还在于获得一种带有辊的加热系统的压花装置，所述加热系统是高效的、快速地达到所述压花辊的外部温度并且使所述压花辊的外部温度快速地冷却，以便减少机器的停机时间，并且相对于现有技术的系统而言是具有较小的总体尺寸且经济的系统。在实践中，通过主要加热所述压花辊的外表面、亦即所述辊的对所述幅材材料进行压花的工作部分，防止加热整个辊的能量浪费。仅仅使用使所述辊的最小工作部分达到所需的温度所需的能量，并且供应维持所期望的温度所需的能量。

本发明的目的在于获得一种压花装置，所述压花装置包括用于第一层幅材材料的第一路径，与第一压花辊共同作用的第一压力辊沿着所述第一路径限定用于所述第一层幅材材料的第一压花辊隙。所述第一压花辊包括压花突起。所述压花装置还包括至少第一电磁感应装置，所述第一电磁感应装置在外部与所述第一压花辊相关联，以主要加热所述第一压花辊的外表面，其中所述第一电磁感应装置连接至第一发生器装置，以为所述第一电磁感应装置供应电磁感应电流，所述电磁感应电流适于生成指向所述第一压花辊的电磁通量，并且其中所述电磁感应电流的操作频率使得在所述第一压花辊上生成涡电流，以便主要沿循所述第一压花辊的外表面的轮廓。

本发明的目的还在于形成一种压花装置，其中所述涡电流仅仅沿着或主要沿循所述第一压花辊的所述突起。优选地，所述电磁感应电流的操作频率的范围在500Hz至100kHz之间、优选地在1kHz至100kHz之间、甚至更优选地在5kHz至100kHz之间、更优选地在10kHz至60kHz之间。所述感应加热的压花装置具有涡电流，以便具有等于最大功率密度值的至少30％的最小功率密度值，在从所述第一压花辊的外表面开始测量的厚度内检测所述最小值，所述厚度等于至少0.6mm、优选地至少0.4mm。换句话说，至少70％的电流密度包括于等于至少0.7mm、优选地0.5mm的厚度内。

优选地，所述方法可以包含机器停止步骤，所述机器停止步骤包括以下步骤：1)使所述第一压力辊远离所述第一压花辊运动；2)保持所述第一感应加热的压花辊低速旋转；3)为所述感应装置供电，以便将所述压花辊的温度保持在给定的压花操作温度附近的范围内。

一般而言，机器停止被限定为机器(亦即，压花装置)由于安全原因(例如由于故障、纸层的断裂、或者维修)而必须停止的状况，也被限定为机器在非安全原因导致的停止期间必须保持准备再次起动的状况。在安全的情况下，如果操作者需要在加热的压花辊附近操作，则可能需要冷却该辊。在机器因生产问题而停止的情况下，其中机器必须准备好再次快速起动，所述压花辊必须保持为热的。类似地，机器停止也可以指机器仅仅被关闭、亦即不运行的状况。在这种情况下，所述压花辊必须被从室温加热至操作温度、或接近操作温度。

附图说明

通过以下描述和附图，将更好地理解本发明，附图示出本发明的实施例的非限制性示例。更特别地，在附图中：

图1示出包括电磁感应装置的压花-层压装置的侧视图；

图1A和1B示出图1的细节的放大图；

图2示出与电磁感应装置相关联的压花辊的轴测图；

图3示出图2的根据垂直于辊的轴线的平面的剖视图；

图4示出本发明的实施例的细节；

图5A示出在压花突起上感应的功率密度的分布的第一模拟；以及

图5B示出在压花突起上感应的功率密度的分布的第二模拟。

具体实施方式

在所示出的实施例中，压花-层压装置1具有整体上用2表示的承载结构。承载结构可以包括两个侧向侧面板3。

在一些实施例中，第一压花辊4和第二压花辊5可以布置于承载结构2的两个侧向侧面板3之间。第一压花辊4可以设置有压花突起4P，如图1A的放大细节中所示，而第二压花辊5可以设置有压花突起5P，如图1B的放大细节中所示。压花辊4、5的底部表面可以被定义为辊的使压花突起4P、5P的基部分离的表面，并且被用4F和5F表示。通常，表面4F、5F是光滑的。在压花突起具有两个高度的情况下，压花滚筒的底部表面被认为是使具有较小高度的末端的基部分离的底部表面。

第一压花辊4可以与第一压力辊6共同作用。在一些实施例中，压力辊6可以涂覆有外层6A，所述外层6A由屈服材料、优选地弹性屈服材料制成，比如橡胶。第二压花辊5可以与第二压力辊7共同作用。在一些实施例中，压力辊7也可以涂覆有外层7A，所述外层7A由屈服材料、特别地弹性屈服材料制成。

附图标记4X、5X、6X和7X分别表示两个压花辊4、5和两个压力辊6、7的旋转轴线。这些轴线大致上相互平行。

第一压花辊4和第一压力辊6在其间形成第一压花辊隙8，第一层V1穿过所述第一压花辊隙8以由第一压花辊4的突起4P进行压花。当压力辊6设置有屈服外涂层6A时，突起4P被按压抵靠第一压力辊6并且穿透屈服涂层6A，从而使层V1永久地变形。

第二压花辊5和第二压力辊7形成第二压花辊隙9，第二层V2穿过所述第二压花辊隙9。由于第二压花辊5的被按压抵靠第二压力辊7的突起5P，第二层V2被以类似于第一层V1的方式压花。如果设置有弹性屈服涂层7A，则压花突起5P穿透屈服涂层并且导致层V2永久地变形。

两个压力辊6、7可以由臂或其它构件支撑，所述臂或其它构件容许所述两个压力辊6、7朝向或远离相应的压花辊4、5运动，其目的将在下文解释说明。可以使用例如活塞-气缸致动器的致动器(未示出)来将压力辊6按压抵靠第一压花辊4并且将第二压力辊7按压抵靠第二压花辊5。

在某些实施例中，两个压花辊5、6可以被构造成以末端对末端的方式操作，亦即其中它们的突起4P、5P在形成于两个压花辊4、5之间的辊隙10中被按压抵靠彼此。

在其它实施例中，压花-层压装置1可以包括层压辊11，所述层压辊11被按压抵靠压花辊5并且与其形成层压辊隙12。这样，两个层V1和V2可以在第二压花辊5与层压辊11之间被层压。在辊隙10中，压花辊4、5彼此稍微隔开，以使得两个层V1、V2不接触。在这种情况下，压花装置可以根据嵌套技术生成压花材料，其中层V2的压花突起被嵌套于层V1的压花突起之间，反之亦然。

在某些实施例中，压花-层压装置1可以被构造成可选地根据末端对末端技术或根据嵌套技术运行。为此，压花辊可以例如平行于和垂直于它们的轴线运动，并且层压辊可以可选地运动至工作位置和非工作位置中。

压花-层压装置1可以包括功能流体分配器13。功能流体分配器13为适于将流体、液体或气体分配于层V2上的装置。例如，功能流体分配器13可以分配饱和的或不饱和的蒸汽，以促进层V1和V2的通过压力获得的粘附。在本发明的优选的实施例中，如图1中所示，功能流体分配器13可以包括液态流体源14、从液态流体源14获取液体的第一图案辊或网纹辊15、及从网纹辊15接收液态流体并将它分配于粘附至第二压花辊5的压花层V2的部分上的第二印版(cliché)或施加器辊16。通常，液态流体在由压花突起5P压花的层的部分上被至少施加至压花辊5所设置的压花突起5P的一些末端。液态流体可以为水或胶水。在流体为水的情况下，层的粘附主要通过机械压力发生。

在有利的实施例中，第一压花辊4和第二压花辊5必须由铁磁性材料、金属(例如钢)制成。可以对金属进行表面硬化处理。可以以任何合适的方式产生压花辊4和5的压花突起4P和5P，例如通过化学蚀刻、激光蚀刻、借助于工具进行的切屑移除、或以另一种合适的方式。可以仅仅在压花突起4P和5P上进行硬化处理。

当压花-层压装置1处于操作状态中时，第一层V1和第二层V2根据箭头f1和f2朝向压花辊运动，以在成对的辊4、6和5、7之间被单独地压花。压花层在压花辊5与层压辊11之间被胶接和层压，并且因此形成多层幅材材料N，所述多层幅材材料N根据双箭头fN朝向下游的站(例如未示出的复卷机)运动。压力辊7被按压抵靠压花辊5，同时压力辊6被按压抵靠压花辊4并且层压辊11被按压抵靠压花辊5，以获得层V1、V2的结合。

在一些实施例中，功能流体分配器单元13安装于滑动块或载架17上，所述滑动块或载架17可以例如沿着由固定的结构2的元件承载的引导件18根据双箭头f17运动。可以由合适的致动器(例如活塞-气缸致动器)、由电动马达、或通过任何其它合适的致动器(未示出)控制根据双箭头f17的运动。

在有利的实施例中，电磁感应装置19、20与至少一个压花辊4、5相关联，以在压花辊4、5的外表面上感应涡电流，通过焦耳效应加热所述外表面。实际上，所感应的涡电流在压花辊4、5的表面上局部地循环，并且产生与压花辊的电阻以及与所感应的涡电流的平方成比例的热量。

如图1中所示，由于与整体尺寸相关的原因，与压花辊4相关联的电磁感应装置19优选地定位于与压力辊6的接触点与辊隙10之间的区域中。显然，在具有不同构造的其它压花-层压装置中，电磁感应装置可以不同地定位于与压力辊6的接触点与辊隙10之间。类似地，与压花辊5相关联的电磁感应装置20(在图1中由虚线标记)可以可选地定位于与压力辊7的接触点与印版辊16之间、或者定位于与压力辊7的接触点与层压辊隙12之间或者定位于印版辊16与辊隙10之间。对这些位置中的一个或多个的选择取决于市场上存在的不同的压花-层压装置，所述压花-层压装置因此可以具有辊的不同的构造和布置。

相应的发生器或逆变器23、24与每个电磁感应装置19、20相关联，所述发生器或逆变器23、24能够朝向感应装置驱动合适的电流，以便获得所期望的加热。在本发明的优选的构造中，为了调节压花辊4、5的表面上的所期望的温度、亦即操作温度，产生闭环控制系统，所述闭环控制系统包括至少一个任何类型的温度传感器21、22，比如热电偶、高温计、热感照相机或另一种合适的装置，所述温度传感器21、22与相应的辊(压花装置4、5)相关联并且连接至控制单元25，所述控制单元25基于适当的控制算法控制逆变器23、24，以便稳定压花辊4、5的外表面上的所期望的温度，如将在下面更详细地解释说明的。控制单元可以为PLC、工业计算机、微处理器、计算机网络或任何其它类似的已知装置。

发生器23、24可以为逆变器，所述逆变器以特定的操作频率运行，所述操作频率与电磁感应装置19、20与该逆变器的输出端所形成的电路的谐振频率大约相同。

对与感应装置相关联的压花辊的操作温度的调节可以按如下方式进行。感应装置被调节成供应最大功率。保持该功率，直至达到所期望的操作温度(或者刚好低于该温度，例如为该温度的至少3/4)。然后启动PID(比例-积分-微分)控制器(与感应装置和单元25相关联)，以保持温度恒定，亦即调节和补偿由纸吸收的热量。通过在达到所期望的目标温度之后启动PID控制器，可以获得更快的加热时间(与从加热开始就启动PID控制器的情况相比)。实际上，PID控制器调节感应装置的功率，以使得传感器所检测到的温度减去“目标”温度(操作温度)等于零或接近零。应当理解的是，在不脱离本发明的目的的情况下，与前述调节方法不同的其它类型的温度调节也是可能的。

在本发明的优选的实施例中，在加热步骤期间，亦即将压花辊4、5从室温加热至操作温度期间，使压花辊保持低速旋转。在该步骤中，当纸层围绕压花辊卷绕时以及当压花辊完全没有纸层时，压花辊都可以被加热。在第一种情况下，压力辊优选地是打开的、亦即不与压花辊接触，从而容许压花辊旋转，以在围绕压花辊卷绕的纸上摩擦。在这种情况下，纸未被朝向下游的站进给，以避免丢弃大量的纸。

如图2和图3中示意性地示出的，感应装置19、20可以包括由导电材料(比如铜或任何合适的材料)制成的单个线圈26，所述单个线圈26大约平行于压花辊4、5的轴线4X、5X定位。在其它构造中，感应装置19、20可以包括一个以上的线圈。

在一个实施例中，导电材料线圈26可以由框架27支撑，所述框架27运动，以便能够使线圈26朝向或远离压花辊4、5的外表面运动。在优选的实施例中，框架27围绕枢轴29根据箭头f29旋转。可以通过连接至框架27的端部27A的致动器28获得框架27的朝向或远离压花辊的旋转运动。致动器28可以为由连接至控制单元25的电磁阀(未示出)控制的气动活塞。在这种情况下，通过使活塞的杆伸出或缩回，可以相应地使感应装置19远离和朝向压花辊4、5的外表面运动。在其它实施例中，致动器28可以为电动马达。

可以产生用于框架27的运动的、与上述那些实施例等同的其它替代实施例。例如，框架27可以安装于滑动块上，所述滑动块在引导件上滑动，以通过致动器(比如气动活塞或电动马达)使框架27朝向和远离压花辊4、5运动。

至少在线圈26处于操作位置中时，线圈26的位置相对于压花辊4、5优选地径向地对称，以防止形成线圈26的两个导体分支中的一个比另一个更靠近压花辊4、5。在一些情况下，线圈26的两个导体分支在与操作位置不同的位置中也保持径向地对称。

在特别有利的实施例中，比如在图4的情况下，在支撑线圈26的部分中，框架27可以由电磁通量集中器元件27A形成，所述电磁通量集中器元件27A适于朝向辊的外表面更有效地引导电磁通量。优选地，电磁通量集中器27A为E形的，完全地包围线圈26，但是使面对压花辊4、5的侧为自由的。以这种方式，减少电磁通量的泄漏，并且使电磁通量朝向压花辊4、5的外表面集中，从而在相同的加热下获得感应装置的较小的供应电流。电磁通量集中器27A可以由铁氧体制成或者由一组非导电铁磁叠片形成，并且由于它的高磁导率，它迫使电磁场线被朝向线圈的面对压花辊4、5的自由侧引导。电磁通量集中器也可以具有其它形状，例如矩形或C形或其它形状。图4仅仅示出线圈26和电磁通量集中器27A的一部分，在优选的实施例中，所述电磁通量集中器27A围绕线圈的整个长度卷绕。

在本发明的一个优选的变型中，压花-层压装置1可以设置有一个或多个传感器(图中未示出)，以检测纸的断裂和压花辊4、5上的层V1、V2的任何堆积。可以将摄像机、高速摄像机、观察式摄像机、光电池、光电池阵列或激光传感器用于此目的。在压力辊6、7邻近于相应的压花辊4、5的情况下，可以利用空气活塞生成层V1或V2的堆积信号，从而检测活塞上的压力峰值。换句话说，层V1或V2围绕压花辊4、5的堆积增加压力辊6、7和压花辊4、5所施加的压力。当用于检测纸的断裂的传感器向它们所连接的控制单元25生成堆积信号时，该控制单元25立即控制框架27远离压花辊4、5运动以防止损坏压花辊和感应装置，并且将机器置于紧急模式中。

在特别有利的实施例中，可以为每个压花滚筒使用一个以上的感应装置，以便获得尽可能均匀的表面温度。在这种情况下，可以由同一个逆变器为感应装置供电，或者由通过中央控制单元25根据压花辊4、5的外表面的由一个或多个温度传感器检测的温度控制的相应的逆变器为每个感应装置供电。

可以用已知的装置冷却感应装置19。例如，可以使冷却剂在感应装置19内部流动，在这种情况下，感应装置19可以由铜管或另一种导电材料制成。

在操作步骤中，为导电材料线圈26供应交流电I1、I2，并且将导电材料线圈26放置于距压花辊4、5的外表面的距离d处的操作区域中。这产生可随时间变化的磁场B，所述磁场B穿透压花辊4、5的最外部部分，从而感应出涡电流I_p，如前所述，所述涡电流I_p通过焦耳效应加热压花辊4、5。距离d可以为可变的，以调节间隙和优化磁通量，并且可以在1mm与8mm之间。

在某些情况下，可以使用与单个压花滚筒相关联的一个以上的温度传感器，甚至更一般地，可以为每个压花滚筒使用一个以上的不同类型的温度传感器，例如，一个或多个热电偶、高温计和/或热感照相机。通常，传感器定位于压花辊4、5的外部，但是在一些情况下，这些传感器可以被插入滚筒内部。例如，几个热电偶可以在不同的深度处定位于压花辊4、5内部，以沿着径向方向、亦即辊内部的方向监控辊的温度。

相对于其它传感器，可以优选地使用热感照相机，因为热感照相机能够提供对压花辊4、5的表面上的温度分布的更完整的概览。例如，相对于压花辊的底部表面，压花突起可能处于较高的温度，反之亦然，因此由逆变器23、24供应至感应装置19、20的电磁感应电流I1、I2的频率必须改变，并且通常必须被适当地控制。由可随时间变化的磁场生成的、在压花辊4、5的外表面上感应的涡电流在辊内具有穿透深度，所述穿透深度为感应装置19、20的磁化频率的函数。

事实上，众所周知，根据以下公式计算所感应的涡电流：

I_P(x)＝I₀·e^-δ/x

其中：

I_P(x)为所感应的涡电流的密度模量，为穿透深度的函数

I₀为x＝0时的电流密度模量

为穿透厚度，

其中：

f为磁化电流的频率，

μ₀为材料的相对磁导率，

σ为材料的比电阻

在有利的实施例中，可以检测压花辊4、5的外表面的温度分布，从而突出压花突起4P、5P与底部表面4F、5F之间的任何温度差异以及辊的外表面与压花辊4、5的最内部部分之间的任何温度异常。在这种情况下，中央控制单元25可以控制逆变器23、24以修改电磁感应电流I1、I2的频率和/或强度，以及获得最佳温度分布，亦即，其中仅仅压花辊的外表面处于所期望的温度的温度分布。有利地，操作频率的范围可以在500Hz至100kHz之间、优选地在1kHz至100kHz之间、甚至更优选地在5kHz至100kHz之间、更优选地在10kHz至60kHz之间，亦即，其中所感应的涡电流I_s主要被限制在压花突起4P、5P上的频率。

如图5A中所示，通过为感应装置19供应操作频率为大约1000Hz的电磁感应电流I1、I2，可以获得主要沿循压花突起4P、5P中的一个的外表面SE的功率密度分布。换句话说，压花辊4、5的、从外表面SE开始测量的厚度S包含等于最大功率密度值的至少四分之三的最小功率密度值。厚度S可以在十分之一毫米至十分之五毫米之间变化。在图5A的情况下，厚度等于0.4mm，并且包含大约等于最大功率密度值的五分之三的最小功率密度。

图5B示出为感应装置19供应操作频率为大约10000Hz的电磁感应电流I1、I2的示例。在这种情况下，涡电流以及因此功率密度分布主要沿循外表面SE并且因此沿着它的轮廓。在这种情况下，在等于大约0.1mm的厚度S内，最小功率密度等于最大功率密度值的三分之一。

换句话说，使用例如超过500Hz、更优选地超过5kHz的频率，至少50％或更多的电流密度被限制在0.5mm的厚度内。通过增加频率，可以将60％或甚至70％或更多的电流密度限制在0.4mm或更小的厚度内。

所示出的两个示例涉及示出所感应的涡电流I_s必须如何优选地在压花辊4、5的外表面SE附近循环的示例。换句话说，它们必须被大部分限制在辊压花装置4、5的最外部部分的有限的厚度S内。有利地，功率密度的分布使得能够考虑主要在压花突起4P、5P上以及在底部表面(亦即，辊的使每个压花突起4P、5P分离的外表面)上的感应的涡电流I_s。

在其它实施例(其也可以依据压花图案，亦即压花突起4P、5P的大小、形状以及分布)中，可以调节压花-层压装置1以保持压花突起4P、5P相对于底部表面4F、5F处于较高的温度。有利地，控制单元25控制逆变器23、24，以保持仅仅非常小的表面厚度S处于所期望的温度，以便减少加热所需的能量并且获得压花辊4、5的外表面的快速冷却。

压花装置可以包括用于与感应装置19、20相关联的压花辊4、5的冷却系统30(例如图1中所示出的)。该冷却系统30被构造成在操作者需要在热的压花辊附近工作的情况下，在机器停止期间冷却加热的压花辊。只有在安全条件下才允许接近机器：必须停止所有的辊，必须启动任何制动器，以及在热辊的情况下，该热辊不可以超过给定的温度。

冷却系统30可以包括用于朝向待冷却的压花辊排放冷却空气的装置，所述装置包括例如气刀型冷却装置(亦即，具有带细长狭槽的喷嘴的分配器，所述分配器排放具有细长的(亦即，线性的)排放前沿的气流，所述排放前沿优选地至少等于待冷却的压花辊的轴向长度)，或者涡流管型冷却装置，所述涡流管型冷却装置也被称为“兰克-赫尔胥(Ranque-Hilsch)涡流管”。

不同的是，当压花装置由于生产需要必须停止，而非由于故障、失灵、维护或者需要操作者在压花辊附近操作的其它原因必须停止时，必须防止对压花辊的加热降低，并且因此使感应装置保持运行以加热辊(一个或多个)。如果压花装置完全停止，则仅仅它的面对感应装置的部分将被加热，具有明显的不均匀的膨胀和不可接受的局部过热。一旦压花装置恢复运行，这种不均匀的加热的缺陷将导致辊的不平衡和振动，从而导致纸上的压花质量差并且因为生产线必须以较低的速度运行直至辊再次被均匀地加热，具有发生故障或生产率降低的风险。因此，在需要压花装置立刻再次起动的停止过程中，压花辊(或两个压花辊)必须保持在所期望的温度下被均匀地加热。为此，必须首先降低感应装置(或多个感应装置)的供电电流的功率，因为在生产线停止的情况下，热量不再通过纸的吸收而消减。其次，压花辊(或多个压花辊)必须继续旋转，以使得感应装置可以继续保持辊被均匀地加热。为了保持压花辊旋转而不使纸断裂，必须使相应的压力辊运动离开适当的量，并且如果需要，必须稍微放松围绕压力辊和压花辊的纸的拉力。以这种方式，压花辊可以以非常低的速度旋转，同时纸继续围绕它卷绕。纸与辊之间的摩擦非常低，并且不会产生问题或层的断裂。实际上，通过该过程，可以使纸层在压花辊的外表面上摩擦而不断裂。自然地，在多于一个压花辊和压力辊的情况下，如在附图中所示的示例中，该逻辑适用于所有的辊。

总而言之，在压花装置停止的情况下：1)使压力辊(加压辊和可选的层压辊)远离压花辊运动，以便从压花辊释放纸并且降低纸的张力/拉力，2)使通过感应被加热的压花辊保持低速旋转，3)为感应装置供电，以便保持温度大约恒定并且等于操作温度、或者略低(例如为操作温度的3/4)、或者在任何情况下在操作温度附近的给定的温度范围内，所述操作温度亦即压花工艺温度(可根据压花工艺的类型设定)。例如，给定H作为操作温度的值，该范围在等于H+1/4xH的温度值与等于H-1/4xH的温度值之间。

压花辊的低速旋转可以指这样的速度：该速度低于等于辊在压花步骤期间的操作速度的十分之一的值、更优选地低于等于操作速度的二十分之一的值、甚至更优选地为压花辊的在1m/min至10m/min之间的切向速度。

类似地，当加热的压花辊需要被冷却时：1)使压力辊(加压辊和可选地层压辊)远离压花辊运动，以便从压花辊释放纸并且降低纸的张力/拉力，2)使压花辊保持低速旋转，3)将感应装置关闭。以这种方式，压花辊的低速旋转容许它的整个外表面逐步地且重复地与冷却系统30接触，以便减少冷却时间并且在辊的整个表面上获得均匀的冷却。

因此，压花装置包括机器停止器件，所述机器停止器件容许压花辊和压力辊和/或层压辊远离彼此运动并且容许压花辊低速旋转。这些器件为已知类型的并且不再详细描述，并且可以例如包括压花辊和压力辊和/或层压装置的轴线的相对运动机构或装置，以使得在辊之间不存在压力或存在有限的压力。压花辊的冷却装置可以与这些器件以及用于操作面对低速旋转的压花辊的感应装置的程序相关联。

类似地，当一个或多个压花辊需要被从室温加热至操作温度时：1)使压花辊低速旋转，2)为感应装置供电。在该步骤中，纸层可以围绕或可以不围绕压花辊卷绕。如果纸被围绕压花辊卷绕，则压力辊优选地保持断开，亦即不与正在被加热的压花辊接触。

上述实施例涉及一种压花-层压装置，所述压花-层压装置已经被当作本发明的非限制性示例。事实上，本领域技术人员知道存在许多不同类型的压花-层压装置，在不脱离本发明的原理、概念以及教导的情况下，这些压花-层压装置可以在压花辊的数量、它们的布置以及自然地它们在纸层上进行的处理的类型方面有所不同。例如，本发明也可以被应用至包括仅仅一个压花辊并且因此不需要层结合装置的压花装置。

上文所描述的以及附图中所示出的实施例已经被作为本发明的实施例的示例详细地讨论。本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的如所附权利要求中所限定的原理、概念以及教导的情况下，许多修改、变型、添加以及省略是可能的。因此，必须完全基于所附权利要求(包括其中的这些修改、变型、添加以及省略)的最广泛的解释来确定本发明的范围。术语“包括”以及其派生词不排除除了在给定的权利要求中具体地指出的那些元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。权利要求的元件、器件或特征之前的术语“一”不排除多个这些元件、器件或特征的存在。当装置权利要求列出多个“器件”时，这些“器件”中的一些或全部可以由单个部件、构件或结构来实现。在不同的从属权利要求中对给定的元件、特征或器件的陈述不排除所述元件、特征或器件相互组合的可能性。当方法权利要求列出一系列步骤时，这些步骤被列出的顺序不是约束性的，并且如果特定的顺序没有被指明为约束性的，则可以修改这些步骤被列出的顺序。所附权利要求中的任何附图标记是为了便于参考说明书和附图阅读权利要求而被提供的，而不是限制权利要求所代表的保护范围。

Claims (45)

1.一种压花装置，包括：

-用于第一层幅材材料的第一路径；

-沿着所述第一路径的第一压力辊，所述第一压力辊与第一压花辊共同作用，所述第一压花辊和所述第一压力辊限定用于所述第一层幅材材料的第一压花辊隙，所述第一压花辊包括压花突起；

-至少第一电磁感应装置，所述至少第一电磁感应装置在外部与所述第一压花辊相关联，以加热所述第一压花辊的表面；

其特征在于，所述第一电磁感应装置连接至第一发生器装置，以为所述第一电磁感应装置供应电磁感应电流，所述电磁感应电流适于生成指向所述第一压花辊的电磁通量，并且其中所述电磁感应电流的操作频率使得在所述第一压花辊上生成涡电流，以便主要沿循所述第一压花辊的外表面的轮廓。

2.根据权利要求1所述的压花装置，其特征在于，所述涡电流仅仅或主要沿循所述第一压花辊的所述压花突起。

3.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述电磁感应电流的所述操作频率的范围在500Hz至100kHz之间、优选地在1kHz至100kHz之间、更优选地在5kHz至100kHz之间、甚至优选地在10kHz至60kHz之间。

4.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述涡电流可选地具有：

-等于最大功率密度值的至少30％的最小功率密度值，在从所述第一压花辊的外表面开始测量的厚度内检测所述最小功率密度值，所述厚度等于至少0.6mm、优选地至少0.4mm；

-在从所述第一压花辊的外表面开始测量的厚度内的至少60％的电流密度，所述厚度等于至少0.6mm、优选地至少0.4mm。

5.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述电磁感应装置包括电磁通量集中器。

6.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，包括：

-至少第一温度传感器，所述至少第一温度传感器适于检测与所述至少第一电磁感应装置相关联的所述第一压花辊的温度；

-与所述第一温度传感器通信地连接的中央控制单元。

7.根据权利要求6所述的压花装置，其特征在于，由所述中央控制单元根据所述第一温度传感器所检测的温度控制所述发生器，从而改变所述电磁感应电流的所述操作频率和/或强度。

8.根据权利要求1所述的压花装置，包括用于第二层幅材材料的第二路径，沿着所述第二路径的第二压力辊，所述第二压力辊与第二压花辊共同作用，所述第二压花辊和所述第二压力辊限定用于所述第二层幅材材料的第二压花辊隙。

9.根据权利要求8所述的压花装置，包括所述第一层和第二层的至少一个联接装置，所述联接装置与所述第一压花辊或第二压花辊共同作用，所述联接装置和所述第一压花辊或第二压花辊限定层压辊隙，所述联接装置为一个辊或一系列同轴辊。

10.根据权利要求8所述的压花装置，其特征在于，第一电磁感应装置和第二电磁感应装置分别与所述第一压花辊和/或第二压花辊相关联。

11.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，第一温度传感器和第二温度传感器与所述第一压花辊和第二压花辊相关联，所述第一温度传感器和第二温度传感器适于检测与所述第一电磁感应装置和所述第二电磁感应装置相关联的所述第一压花辊和所述第二压花辊的温度。

12.根据权利要求11所述的压花装置，其特征在于，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器与所述中央控制单元通信地连接。

13.根据权利要求11或12所述的压花装置，其特征在于，由所述第一温度传感器和/或第二温度传感器所检测的温度为所述第一压花辊和/或第二压花辊的外表面的温度。

14.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，包括功能流体分配器，所述功能流体分配器与所述第一压花辊共同作用，以将流体分配于所述第一层在其上行进的所述第一压花辊的至少一些突起上。

15.根据权利要求14所述的压花装置，其特征在于，所述流体可选地为胶水、水、蒸汽或其组合。

16.根据权利要求8所述的压花装置，其特征在于，所述至少第一电磁感应装置定位于所述第一压花辊隙与所述层压辊隙之间。

17.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述第一电磁感应装置定位于所述第一压花辊隙与所述功能流体分配器之间。

18.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述电磁感应装置定位于所述功能流体分配器与所述层压辊隙之间。

19.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述第一电磁感应装置与运动装置相关联，以从靠近所述第一压花辊并且在所述第一压花辊旁边的操作区域运动至距所述第一压花辊一定距离处的非操作区域。

20.根据权利要求19所述的压花装置，其特征在于，所述操作区域等于介于1mm至10mm之间的距离、优选地介于2mm至6mm之间的距离。

21.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，其特征在于，所述电磁感应装置纵向地邻近于所述第一压花辊，并且具有的长度等于所述第一压花辊和/或第二压花辊的轴向长度。

22.根据前述权利要求中的一项所述的压花装置，包括至少一个传感器以检测所述第一层幅材材料或第二层幅材材料的断裂，所述至少一个传感器与所述中央控制单元通信地连接。

23.根据权利要求22所述的压花装置，其特征在于，在所述传感器检测到所述第一层幅材材料或第二层幅材材料断裂的情况下，所述中央控制单元控制所述电磁感应装置从所述操作区域向所述非操作区域打开。

24.根据前述权利要求中的一项或多项所述的压花装置，包括用于冷却与至少一个加热系统相关联的至少一个压花辊的冷却系统，所述冷却系统适于在机器停止期间运行以冷却所述至少一个压花辊。

25.根据权利要求24所述的压花装置，其特征在于，所述冷却系统包括用于朝向待冷却的所述至少一个压花辊排放冷却空气的至少一个排放装置。

26.根据权利要求25所述的压花装置，其特征在于，用于排放冷却空气的所述排放装置为气刀型的。

27.根据权利要求25所述的压花装置，其特征在于，所述用于排放冷却空气的所述排放装置为涡流管型的。

28.根据前述权利要求中的一项或多项所述的压花装置，包括机器停止器件，所述机器停止器件被构造成使所述压力辊和/或所述联接装置远离所述压花辊运动，同时保持所述压花辊低速旋转。

29.根据权利要求28所述的压花装置，其特征在于，所述机器停止器件：

-在所述压花辊需要保持被加热的情况下，使面对所述压花辊的所述感应装置在所述压花辊低速旋转期间保持以一定的感应功率运行，以便将所述压花辊的温度保持在给定的压花操作温度附近的范围内，

-在所述压花辊需要被冷却的情况下，通过根据权利要求24-27中的一项或多项所述的冷却系统对所述压花辊进行冷却，所述冷却系统适于至少在所述压花辊低速旋转期间起作用。

30.根据权利要求28所述的压花装置，其特征在于，在需要将所述压花辊从低于所述操作温度的温度状态加热至操作温度状态的初始加热步骤的情况下，所述机器停止器件：

-保持所述压花辊低速旋转，其中所述压力辊和/或所述联接装置远离所述压花辊运动，

-使面对所述压花辊的感应装置在所述压花辊低速旋转期间运行，以将所述压花辊从低于所述操作温度的温度状态加热至操作温度状态。

31.一种用于对压花装置中的压花辊进行电磁加热的方法，包括以下步骤：

-为第一层幅材材料提供第一路径，其中与第一压花辊共同作用的第一压力辊限定用于所述第一层幅材材料的第一压花辊隙，所述第一压花辊包括压花突起；

-提供电磁感应装置，以生成指向所述压花辊的外表面的能随时间变化的电磁通量，从而在所述第一压花辊上感应涡电流，所述涡电流通过焦耳效应生成热量；

-电磁感应电流发生器；

其特征在于，以操作频率生成所述电磁通量，以便在所述第一压花辊上生成涡电流，所述涡电流主要沿循所述第一压花辊的外表面的轮廓。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述涡电流仅仅或主要沿循所述第一压花辊的所述突起的轮廓。

33.根据权利要求31或32中的一项所述的方法，其特征在于，所述电磁感应电流的操作频率的范围在500Hz至100kHz之间、优选地在1kHz至100kHz之间、更优选地在5kHz至100kHz之间、甚至更优选地在10kHz至60kHz之间。

34.根据权利要求31、32或33中的一项所述的方法，其特征在于，所述涡电流可选地具有：

●从所述外表面开始测量的厚度内的最大功率密度值的至少30％，所述厚度为0.6mm、优选地为0.4mm；

●从所述第一压花辊的外表面开始测量的厚度内的电流密度的至少60％，所述厚度等于至少0.6mm、优选地至少0.4mm。

35.根据权利要求31至34中的一项所述的方法，其特征在于，所述电磁感应装置包括电磁通量集中器。

36.根据权利要求31所述的方法，包括至少一个温度传感器以检测所述第一压花辊的外部温度，所述至少一个温度传感器与中央控制单元通信地连接。

37.根据权利要求31至36中的一项所述的方法，其特征在于，根据所述压花辊的外表面的由所述温度传感器所检测的温度控制所述电磁通量。

38.根据权利要求31至37中的一项所述的方法，其特征在于，所述中央控制单元控制所述电磁感应电流发生器以改变所述电磁感应电流的频率和/或强度，所述电磁感应电流由所述发生器向所述电磁感应装置供应。

39.根据权利要求31至38中的一项所述的方法，其特征在于，当适于检测所述第一层幅材材料的断裂的至少第一传感器向所述第一中央控制单元通知所述第一层幅材材料的断裂时，所述中央控制单元控制所述电磁感应装置的从在所述第一压花辊旁边的第一操作区域朝向远离所述第一压花辊的非操作区域的运动。

40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述至少第一传感器为光电池或光电池阵列或激光传感器或摄像机或高速摄像机或视觉系统。

41.根据权利要求31至40中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个温度传感器检测所述第一压花辊的所述突起的温度和所述第一压花辊的底部表面的温度，并且其中所述中央控制单元根据所述突起的温度和所述底部表面的温度的差来控制所述电磁感应电流发生器。

42.根据权利要求31至41中的一项所述的方法，包括机器停止步骤，所述机器停止步骤包括以下步骤：

-使所述第一压力辊远离所述第一压花辊运动，

-保持所述第一感应加热的压花辊低速旋转。

43.根据权利要求42所述的方法，可选地包括以下步骤：

-为所述感应装置供电，以便将所述压花辊的温度保持在给定的压花操作温度附近的范围内，

-关闭所述感应装置并且通过冷却系统冷却所述第一压花辊。

44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述冷却系统包括用于朝向所述至少一个待冷却的压花辊排放冷却空气的至少一个装置。

45.根据权利要求31至44中的一项所述的方法，包括将所述压花辊从低于所述操作温度的温度状态加热至操作温度状态的初始加热步骤，所述初始加热步骤包括以下步骤：

-保持所述压花辊低速旋转，

-为所述感应装置供电以加热所述压花辊。

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