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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einleiten von Dampf in eine Matte bzw. in die Deckschichten einer Matte bestehend aus einem Gemisch von mit oder ohne Bindemittel versetzten lignozellulose und/oder zellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern, Kunststoffen oder Schnitzeln bei der Herstellung von Spanplatten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Anmeldung versteht unter einer „Matte” ein auf ein Formband gestreutes Gemisch von mit oder ohne Bindemittel versetzten lignozellulose und/oder zellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern oder Schnitzeln, die in mehreren Lagen bzw. Schichten und mit verschiedenen Orientierungen gestreut werden kann. Derartige Matten finden meist Anwendung in kontinuierlichen Herstellungsprozessen für Span- (MDF) oder Schnitzelplatten (OSB), können aber auch in diskontinuierlichen Prozessen eingesetzt werden. Diese Matten werden in kontinuierlichen Prozessen meist mit einer kontinuierlich arbeitenden Doppelbandpresse verpresst und ausgehärtet. Thema dieser Anmeldung ist das Einleiten von Dampf in die Matte oder jeweils verfahrensbedingt nur in die jeweiligen Deckschichten einer Matte während der Vorkomprimierung vor einer kontinuierlichen Hauptpresse oder während der Hauptpressung selbst. Neben der Einleitung des Dampfes in die Matte ist auch die Bedampfung von unterschiedlich breiten Matten ein Problem das gelöst werden soll.
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In der
WO 98/41 372 A1 sowie der
DE 101 61 341 A1 wird ein Verfahren zur Deckschichtbedampfung bei unterschiedlich breiten Matten beschrieben. Dabei wird während der Bedampfung im Falle einer Breitenverstellung der Matte, der Bereich der Dampfplatte unter dem keine Matte ist, abgeschaltet. Außerdem wird beschrieben, dass eine gewisse Abschaltung der Bedampfung vom Rand der Matte Richtung Mattenmitte (ca. 5% der Mattenbreite) vorgenommen wird, um Dampfverluste am Rand zu minimieren. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, dass Dampfkanäle senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet sind aus denen Dampf in Richtung Matte ausströmt. Die Dampfkanäle werden am Mattenrand durch einfahrende Zylinder im Randbereich geschlossen. Die Bedampfungsbreite innerhalb eines Kanals wird also entsprechend der Mattenbreite und der Dampfverluste am Rand eingestellt, wobei prinzipiell nahezu die gesamte Mattenbreite pro Kanal bedampft wird. In der
WO 98/41 372 A1 wird weiterhin beschrieben, dass die Länge der Bedampfungszone (in Vorschubrichtung gesehen) gemäß dem Dichteprofil eingestellt wird. Die Länge der Bedampfungszone wird über Zuschaltung von einzelnen Kanälen gesteuert. In der
DE 101 61 341 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die nach dem oben beschriebenen Verfahren eine Bedampfung ermöglicht, wobei aber die Breitenverstellung und die Randabschaltung durch Drehen von entsprechend durchgängigen Zylindern erreicht wird.
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In der
DE 44 41 017 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben mittels welcher eine Deckschichtbedampfung erfolgen soll. In der beschriebenen Vorrichtung wird die Mattenschmalfläche mittels Teleskopblechen abgedichtet, wodurch Dampfaustrittsverluste vermieden werden sollen. Zur Dampfeinleitung werden Kästen, welche quer zur Vorschubrichtung über die Mattenbreite verlaufen, verwendet.
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Als Nachteil der oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen hat sich herausgestellt, dass keine gleichmäßige Bedampfung der Deckschichten über die volle Mattenbreite möglich ist. Die Matte wird ungleichmäßig durch den Dampf erwärmt woraus auch resultiert, dass die Mattenmitte über die Breite gesehen weniger erwärmt wird als der Randbereich. Das Dichteprofil über den vertikalen Plattenquerschnitt unterscheidet sich am Rand und von der Plattenmitte. So weist der Bereich vom Rand bis 30% zur Mattenmitte bei einer Deckschichtbedampfung breitere Deckschichten (Bereiche mit höherer Dichte) und größere Dichtemaxima als im gleichen Bereich von der Mitte aus auf. Zusätzlich weist die Mattenmitte im hinteren Pressenbereich einen langsameren Temperaturanstieg als der Mattenrand auf, wodurch nur ein geringer Gewinn an Pressgeschwindigkeit erreicht werden kann. Dieser langsamere Temperaturanstieg ist ein Zeichen, dass weniger Dampf in der Mitte eingeleitet wird.
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In der
DE 39 14 106 A1 wird ein Verfahren zur völligen Durchströmung bzw. vollständigen Erwärmung der Matte mittels Wasserdampf beschrieben, wobei der Dampf von einer Seite eingeleitet und auf der gegenüberliegenden Seite ein Vakuum angelegt wird oder Dampf von beiden Seiten gleichzeitig eingeleitet wird. Dabei soll über die gesamte Mattenbreite mittels Dampfkästen bedampft werden. Es hat sich aber herausgestellt, dass eine gleichzeitige Einleitung von Dampf von oben und unten nicht zu einer gleichmäßigen Erwärmung der Matte über die volle Breite und Tiefe führt und damit nur eine unzureichende Steigerung der Pressgeschwindigkeit erreicht werden kann.
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Die Ursache für die ungleichmäßige Bedampfung über die volle Mattenbreite und Mattentiefe der oben beschriebenen Verfahren ist, dass die in der Matte vorhandene Luft, welche einen Strömungswiderstand gegen den eindringenden Dampf darstellt, nicht gleichmäßig während der Bedampfung entweichen kann. Dem eintretenden Dampf steht also ein hoher Gegendruck in der Mattenmitte entgegen, der am Mattenrand nicht so ausgeprägt ist, da hier die offene Schmalseite der Matte offen ist und die Luft entweichen kann. Daher dringt der Dampf bei gleichem Druck über den Querschnitt am Rand tiefer ein als in der Mattenmitte. Im Ergebnis ist also das Verfahren der Bedampfung bzw. der Deckschichtbedampfung mit den beschriebenen Vorrichtungen nicht zufrieden stellend möglich.
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Ziel und Aufgabe der Erfindung ist das Verfahren zur Deckschichtenbedampfung so weiter zu entwickeln, dass ein gleichmäßiges Dichteprofil über die gesamte Plattenbreite eine Steigerung der Pressgeschwindigkeit erreicht werden kann und das Verfahren der gleichzeitigen Dampfeinleitung von oben und unten zur Erwärmung des vollen Mattenquerschnitts so zu verbessern, dass eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Matte bzw. der Deckschichten sowohl über die Breite als auch die Dicke möglich wird.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird gemäß dem Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Bedampfung der Matte über eine Länge zunächst in der Mattenmitte startet und sich dann keilförmig oder kurvenförmig während des Produktionsfortschrittes zu den Längsrändern der Matte hin ausweitet.
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Mit dieser Lösung wird die Luft verdrängt, bevor der Dampf weiter in Richtung Mattentiefe eindringt und die Luft kann in Richtung der Mattenschmalflächen ohne großen Strömungswiderstand aus- und schließlich über die Mattenschmalflächen entweichen.
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Von Vorteil dabei ist, dass die Bedampfungsfläche in verschiedene Dampfungsfelder unterteilt ist, wobei sowohl in quer als auch in Längsrichtung mehrere Felder „schachbrettartig” vorhanden sein können. Durch die variable und regelbare Ansteuerung dieser Felder einzeln oder in Gruppen lassen sich verschiedene Bedampfungsmodi für die gesamte Mattentiefe oder nur die Deckschichten einsteuern. Besonders vorteilhaft ist dabei die keilförmige Bedampfung oder auch eine alternierende Bedampfung. Zusätzlich kann nach einer Zuschaltung aller Druckkammern der Dampfdruck in den einzelnen Kammern unterschiedlich eingestellt werden (in der Mattenmitte mehr Dampfdruck als in den Randkammern). Mit diesen Maßnahmen ist eine gleichmäßige Erwärmung sowohl der Deckschichten über die Breite als auch eine völlige Erwärmung möglich. Als weiteren Punkt lässt sich auch gezielt in der Mattenmitte (über die Breite gesehen) mehr Dampf (tiefer zur Mattenmitte liegende Kondensationsfront) einbringen, wobei sich hier das bekannte Problem der niedrigen Querzüge in der Plattenmitte lösen lässt.
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Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
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Es zeigen:
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1 Mögliche Einteilung der Dampfkammern in einer Draufsicht der Pressgutmatte über die Arbeitsrichtung,
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2 Keilförmige Einleitung (schraffierte Fläche) des Dampfes über die Druckkammern gemäß 1 und
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3 Alternierende Einleitung des Dampfes nur über die Druckkammern in Reihe b, d und f gemäß 1.
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1 zeigt die Draufsicht auf die oberhalb einer Pressgutmatte angeordneten Druckkammerfelder in Arbeitsrichtung (AR) der Pressenherstellungsanlage ohne Bedampfung. Der Pfeil der Arbeitsrichtung zeigt auf die Einlaufseite der Bedampfungsstrecke G. Die Pressgutmatte kann dabei zum Beispiel bei Verwendung des Verfahrens in einer Vorpresse oder Hauptpresse zusätzlich in Arbeitsrichtung verdichtet werden. Nach 2 wird nun eine keilförmige Bedampfung in Arbeitsrichtung zugeschaltet, die dazu führt, dass die Luft sukzessiv aus der Mattenmitte I-I an die Mattenseite II-II und III-III gedrängt und durch Dampf ersetzt wird. Je nach aufgebrachtem Druck in den Druckkammern kann eine vollständige Durchflutung mit Verdrängung der Luft durchgeführt werden, oder eine reine Deckschichtbedampfung mit entsprechender Deckschichtvorwärmung.
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Als besonders günstig für eine Deckschichtvorwärmung hat sich eine Zuschaltung der Bedampfung mit folgendem Breitenraster herausgestellt:
Zu Beginn der Vorwärmung (etwa 20% der Bedampfungslänge) eine Bedampfung von 20% der Mattenbreite g in Mattenmitte I-I über die Breite gesehen, anschließend 40% (wieder 20% der Bedampfungslänge), dann 80% (wieder 20% der Bedampfungslänge), und schließlich die volle Mattenbreite g. Mit dieser Breiteneinstellung des Dampfdruckes über die Länge der Bedampfungszone G weist die Matte nach Durchlaufen der Vorwärmvorrichtung eine gleichmäßige Erwärmung der Deckschichten von beispielsweise je 15% der Masse von oben und unten über die gesamte Mattenbreite g auf; und die restlichen 35% der möglichen Eindringtiefe des Dampfes (pro Deckschichtseite) werden nicht erwärmt. Damit bleiben 70% des Mattenkerns ohne Dampfeinbringung. Die hergestellten Platten, die mittels dieser Methode vorgewärmt wurden, weisen sowohl am Rand als auch in der Mattenmitte I-I gleichmäßige vertikale Dichteprofile auf. Die mit dem Dichteprofil korrelierten Platteneigenschaften wie die Biegefestigkeit ist an den Rändern II-II und III-III genauso groß wie in Mattenmitte I-I. Die Pressgeschwindigkeit kann deutlich gegenüber den oben genannten Verfahren gesteigert werden, da die Erwärmung der Mittelschicht auf die Aushärttemperatur des Klebstoffs von ca. 100°C in der Heißpresse in Mattenmitte I-I zu dem gleichen Zeitpunkt erfolgt wie am Mattenrand II-II und III-III.
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Die Luftverdrängung und damit die gleichmäßige Bedampfung lassen sich noch dadurch unterstützen, dass in der Mattenmitte I-I ein höherer Dampfdruck eingestellt wird als am Mattenrand II-II und III-III. Weiterhin kann noch über die Bedampfungsstrecke G der Bedampfung ein unterschiedlicher Dampfdruck eingestellt werden. So wird für die Deckschichtbedampfung im hinteren Bereich der Bedampfungsstrecke G (etwa ab d oder e) vorzugsweise mit einem niedrigeren Dampfdruck in Mattenmitte I-I gearbeitet, damit die Dampffront nicht tiefer als am Mattenrand II und III eindringt.
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Um entweder bei dicken Matten, bei hoher Pressgeschwindigkeit oder bei größerer gewünschter Bedampfungstiefe eine große Dampfmenge auf kurzer Bedampfungslänge einzubringen, muss ein hoher Dampfdruck auf die Matte aufgebracht werden. Dies kann trotz beidseitig auf der Matte aufliegenden Dampfplatten zu seitlichen Ausbläsern von Partikel führen. Im Mattenrandbereich II-II und III-III können deshalb zur Vermeidung dieser Probleme auf der gesamten Bedampfungsstrecke G niedrigere Dampfdrücke eingestellt werden als in Mattenmitte I-I. Damit lassen sich seitliche Ausbläser von Holzpartikeln wie Spänen oder Fasern vermeiden. Diese Einstellung kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls wieder in der hinteren Bedampfungsstrecke G probeweise wieder angepasst werden, wenn sich die entweichenden Gase ihren Weg durch die Mattenränder gesucht haben und eine Erhöhung der Ausströmungsgeschwindigkeit keine Ausbläser mehr verursacht.
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Natürlich besteht die Möglichkeit dass bei speziellen Produktionen (besonders bei unterschiedlichen Mattendicken) die Mattenmitte I-I über die Mattenbreite g gesehen niedrigere Querzüge als der Rand II-II oder III-III aufweist. In diesem Fall ist die Erwärmung in Mattenmitte I-I langsamer erfolgt als am Rand II-II und III-III. Somit kann es notwendig sein, bei bestimmten Plattendicken die Deckschichtbedampfung so zu führen, dass in Mattenmitte etwas mehr Dampf, also Feuchtigkeit und Wärme, zugegeben wird. Die Erwärmung der Matten über den Querschnitt ist dadurch in Mattenmitte I-I über die Mattenbreite g gesehen etwas tiefer als am Rand. Beispielsweise wird der Rand 15% tief der Masse erwärmt und die Mitte 20%. Mit diesem Verfahren konnten Platten mit nahezu gleichen Querzügen und Dichteprofilen bei hoher Pressgeschwindigkeit produziert werden. Zur Umsetzung dieses Möglichkeit wird die Bedampfung keilförmig so geführt, dass 20% der Mattenbreite g in Mattenmitte I-I nicht 20% über die Bedampfungsstrecke G sondern 40% über die Bedampfungsstrecke G der Bedampfung geführt werden. Alternativ kann aber auch die Einteilung aus dem obigen Beispiel verwendet werden, wobei aber in Mattenmitte I-I ein höherer Dampfdruck als an den Rändern II-II und III-III verwendet wird.
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Zur Bedampfung einer Matte mit unterschiedlicher Mattenbreite g können die äußeren Bedampfungsfelder an den Rändern II-II und III-III unter denen sich kein Material bei einer schmalen Matte befindet, abgeschaltet werden, um unnötigen Dampfverbrauch zu vermeiden.
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Flächengewichtsschwankungen, welche durch Streuungsungenauigkeiten verursacht werden, führen zu lokal höherer Mattendichte, welche über eine längerer Produktionszeit in einem bestimmten Breitenbereich der Matte z. B. 20% der Breite in der Mattenmitte vorliegen. Dieses Mattenstück höheren Flächengewichts ist bei einer Flächengewichtsmessung vor der Bedampfung erkennbar. In den Bereichen mit mehr höheren Flächengewicht muss ein leicht höherer Dampfdruck eingestellt werden, um die gleiche Bedampfungstiefe zu erreichen bzw. es muss eine längere Strecke in Transportrichtung gesehen bedampft werden.
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Ebenso ist bei einer vollständigen Durchströmung der Matte bis zur Mitte der Mitteschicht eine vollständige Erwärmung nicht möglich, wenn in der vollen Mattenbreite Dampf von beiden Seiten eingeleitet wird und Lufteinschlüsse in der Mattenmitte vorhanden sind. Die oben beschriebene keilförmige Bedampfung oder die Aufwendung eines höheren Dampfdruckes über die gesamte Bedampfungslänge löst auch dieses Problem, sodass bei einer vollständigen Durchströmung der Matte die störenden Bereiche von Lufteinschlüssen bereinigt werden und eine vollständige gleichmäßige Erwärmung über die Breite und Dicke der Matte gesichert ist.
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Die Vorrichtung wird so ausgeführt, dass die Bedampfungsfläche in verschiedene Bedampfungsfelder unterteilt wird, wobei sowohl quer (v, w, x, y, z) als auch längs (a, b, c, d, e, f) beliebig viele Felder für ein schachbrettartiges Aussehen verteilt werden können. Durch die variable Abschaltung und regelbare Ansteuerung hinsichtlich des Dampfdruckes bzw. der Dampfmenge dieser Felder einzeln oder in Gruppen lassen sich verschiedene Bedampfungszonen hinsichtlich des Bedampfungsdruckes oder die Bedampfungsmenge quer über die Matte einsteuern.
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Es ist natürlich offensichtlich, dass je nach Stand der Technik auch eine differential verkleinerte Anordnung der Bedampfungsfelder möglich und anwendbar wäre. So wäre bei entsprechender Verkleinerung der einzelnen Bedampfungsfelder gegen eine Vielzahl von Bedampfungsfeldern in Längsrichtung als auch in Querrichtung eine kurvenförmige Bedampfung quer über die Mattenbreite denkbar.
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Bezugszeichenliste: DR 4328
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- I-I, II-II, III-III
- Längslinien der Matte in Arbeitsrichtung
- a, b, c, d, e, f
- Anordnung der Druckkammern in Arbeitsrichtung
- g
- Mattenbreite
- G
- Bedampfungsstrecke in Arbeitsrichtung
