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Die
Erfindung betrifft einen Kalander mit mindestens einem Nip, der
durch zwei Elemente mit umlaufender Oberfläche begrenzt ist und durch
den ein Bahnpfad verläuft,
einer quer zum Bahnpfad zonenweise steuerbaren Befeuchtungseinrichtung
und einer Heizeinrichtung, die auf mindestens eines der den Nip
begrenzenden Elemente wirkt.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn,
die durch einen Nip geführt
wird, der durch zwei Elemente mit umlaufender Oberfläche gebildet
ist, wobei die Materialbahn parallel zum Nip durch eine Befeuchtungseinrichtung
zonenweise befeuchtet wird und eines der den Nip begrenzenden Elemente
beheizt wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für eine
Materialbahn beschrieben. Sie ist jedoch auch bei anderen Materialbahnen
verwendbar, die auf vergleichbare Weise behandelt werden.
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Eine
Papierbahn wird im Laufe ihrer Herstellung in der Regel satiniert,
indem sie durch mindestens einen Nip geleitet wird. Ein derartiger
Nip kann zwischen zwei Walzen ausgebildet sein, wobei eine der beiden
Walzen in der Regel mit einer elastischen, d.h. in gewisser Weise
nachgiebigen Oberfläche
versehen ist, während
die andere Walze eine harte Oberfläche aufweist. Die harte Oberfläche dient hauptsächlich zum
Glätten
der Bahn. Anstelle einer weichen Walze kann man auch eine Schuhwalze
verwenden, so daß der
Nip dann als sogenannter Breitnip ausgebildet ist, in dem die Papierbahn über einen vergleichsweise
längeren
Zeitraum als in einem zwischen zwei Walzen ausgebildeten Nip behandelt wird.
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Um
die Oberflächeneigenschaften
der Papierbahn zu verbessern, wird die Papierbahn in der Regel vor
dem Durchlaufen des Nips befeuchtet. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit führt zu besseren Glätteergebnissen.
Das Beheizen einer der beiden Walzen führt dazu, daß die Papierbahn
im Nip nicht nur mit einem erhöhten
Druck, sondern auch mit einer erhöhten Temperatur behandelt wird.
Auch die erhöhte
Temperatur führt
zu verbesserten Oberflächeneigenschaften
der Papierbahn. Die hierzu verwendeten Heizwalzen sind in der Regel
mit peripheren Bohrungen versehen, so daß sie in Axialrichtung von einem
Wärmeträgermedium,
beispielsweise heißem Wasser,
heißem Öl oder Dampf
durchströmt
werden können.
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Die
Befeuchtung kann zusätzlich
noch verwendet werden, um ein Feuchteprofil der Bahn in Querrichtung,
also quer zur Laufrichtung, zu vergleichmäßigen. Allerdings ist es relativ
schwierig, insgesamt ein gleichmäßiges Profil
der Bahn in Querschnitt einzustellen, d.h. sowohl die Feuchtigkeit
als auch die Glätte
oder andere Oberflächeneigenschaften
zur Laufrichtung der Bahn zu vergleichmäßigen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Behandlungsergebnis über die
Breite der Bahn zu vergleichmäßigen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die
Heizeinrichtung parallel zum Nip in unabhängig voneinander steuerbare
Abschnitte unterteilt ist, die durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar
sind, die Signale von der Befeuchtungseinrichtung empfängt.
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Mit
dieser Ausgestaltung des Kalanders koppelt man nun das Beheizen
an das Befeuchten. Die Heizeinrichtung ist also in der Lage, unterschiedlichen
axialen Abschnitten der Heizwalze unterschiedliche Wärmemengen
zuzuführen
und dadurch unterschiedliche Temperaturen an der Oberfläche der Heizwalze
einzustellen. Eine derartige Heizeinrichtung kann alleine vorgesehen
sein. Sie kann aber auch zusätzlich
zu einer Grundbeheizung vorgesehen sein, die der Walze auf herkömmliche
Weise, beispielsweise mittels eines Wärmeträgermediums, Wärme zuführt. In
Zonen der Breiten- oder Querrichtung, in denen die Bahn stärker befeuchtet
wird, wird beim Durchlaufen des Nips mehr Wärme abgeführt. Dies wiederum würde zu einer
lokalen Abkühlung
der Oberfläche
der Heizwalze führen,
was negative Auswirkungen auf die Gleichförmigkeit der Glätte quer zur
Laufrichtung der Bahn hätte.
Wenn man nun diese Wärmeabfuhr
berücksichtigt,
dann kann man gezielt dadurch gegensteuern, daß man in dem Abschnitt mit
erhöhte
Feuchte eine erhöhte
Wärmemenge
auf die Heizwalze überträgt, so daß man einerseits
das Feuchtigkeitsprofil über
die Breite der Bahn vergleichmäßigen kann,
ohne die Gleichmäßigkeit
des Glätteprofils
oder des Glanzprofils über
die Breite der Bahn zu beeinträchtigen.
Die hierzu notwendige Information steht zur Verfügung. Die Feuchtigkeitsmengen,
die die Befeuchtungseinrichtung in den unterschiedlichen Zonen parallel
zum Nip auf die Bahn aufbringt, sind bekannt. Dementsprechend kann
man aus diesen Feuchtigkeitsmengen und gegebenenfalls weiteren Daten
der Bahn die Wärme
ermitteln oder im voraus berechnen, die zu einer Vergleichmäßigung der
Temperatur der Oberfläche
notwendig ist. Entsprechend kann man die Heizeinrichtung ansteuern.
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Vorzugsweise
weist die Befeuchtungseinrichtung einen Feuchtesensor auf, und der
Feuchtesensor ist mit der Steuereinrichtung verbunden. Der Feuchtesensor
ermittelt das Feuchteprofil der Bahn quer zu ihrer Laufrichtung.
Dementsprechend kann man aus Abweichungen zwischen einem Sollwert
der Feuchte und einem tatsächlich
vorliegenden Istwert ermitteln, wieviel Feuchtigkeit auf die Bahn
aufzutragen ist. Nachdem dieser Feuchtigkeitswert zur Verfügung steht,
kann man ohne weiteres die Heizeinrichtung entsprechend ansteuern,
so daß nicht
nur die Feuchtigkeit vergleichmäßigt wird,
sondern auch die gewünschen
Oberflächeneigenschaften.
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Vorzugsweise
weist die Befeuchtungseinrichtung einen Feuchteauftragsabschnitt
auf einer Seite des Nips auf, und der Feuchtesensor ist auf der anderen
Seite des Nips angeordnet. Der Feuchtesensor ermittelt also die
Feuchtigkeit, die bereits durch die höhere Heizleistung beaufschlagt
worden ist. Man kann dadurch die Heizeinrichtung in den Regelkreis
mit einbeziehen, der an und für
sich für
die Befeuchtung der Bahn verantwortlich ist.
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Vorzugsweise
folgt auf eine Zone der Befeuchtungseinrichtung ein Abschnitt der
Heizeinrichtung, der die gleiche wirksame Breite wie die Zone oder
ein ganzzahliges Vielfaches davon aufweist. Dementsprechend kann
man das Feuchteprofil und das Profil der Oberflächeneigenschaften in jeder Zone
beziehungsweise jedem Abschnitt der Bahn quer zur Laufrichtung durch
einander zugeordnete Eingriffsmöglichkeiten,
nämlich
den Feuchteauftrag einerseits und die Erwärmung andererseits, steuern. Dies
erleichtert die Steuerung. In manchen Fällen sind die Zonen sehr schmal,
bis hinunter zu einer Breite, die von nur einer Düse beaufschlagt
wird. In diesem Fall wird man mehrere Zonen der Befeuchtungseinrichtung
einem Abschnitt der Heizeinrichtung zuordnen.
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Vorzugsweise
weisen alle Zonen die gleiche wirksame Breite auf. Dies ist ebenfalls
ein einfaches Mittel, um den Aufbau zu vereinfachen.
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Bevorzugterweise
ist die Heizeinrichtung als Induktionsheizeinrichtung ausgebildet,
bei der mindestens ein Abschnitt zwei parallel zueinander und zum
Nip verlaufende Leiter aufweist, die in entgegengesetzter Richtung
von Strom durchflossen sind und neben einem der den Nip begrenzenden
Elemente angeordnet sind. Mit einer derartigen Induktionsheizeinrichtung
kann man relativ große
Wärmemengen auf
die Oberfläche
der Heizwalze beziehungsweise des entsprechenden den Nip begrenzenden
Elements übertragen.
Ein Leiter, der von Strom durchflossen wird, erzeugt ein Magnetfeld,
das auch die Oberfläche
der Heizwalze durchsetzt. Ein sich änderndes Magnetfeld induziert
Wirbelströme.
Wenn man nun zwei Leiter verwendet, die parallel zueinander sind
und diese unmittelbar neben der Oberfläche der Heizwalze anordnet,
dann verdoppelt sich das Magnetfeld, wenn die beiden Leiter in entgegengesetzter
Richtung von Strom durchflossen sind. Mit einer entsprechend großen Strombeaufschlagung
lassen sich dann entsprechend starke Magnetfelder in die Oberfläche der
Heizwalze induzieren.
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Vorzugsweise
ist zwischen den Leitern ein Oberflächenabschnitt des Elements
konvex gekrümmt.
Damit läßt sich
der Abstand zwischen der Position, an der das stärkste Magnetfeld erzeugt wird,
und der Oberfläche
der Heizwalze auf ein Minimum verringern. Allerdings bedeutet diese
Ausbildung nicht, daß sich
die Heizwalze tatsächlich
bis in einen Bereich zwischen den beiden Leitern erstrecken muß. Vielmehr
sind die Leiter so angeordnet, daß sich die Oberfläche der
Heizwalze einer Ebene, die durch die Beiden Leiter aufgespannt ist,
in einem Be reich am stärksten
angenähert
hat, der zwischen den beiden Leitern liegt.
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Vorzugsweise
ist jeder Leiter teilweise von einem Joch umgeben, das mit dem Element
einen magnetischen Kreis bildet. Dadurch ist es möglich, den
größten Teil
des Magnetfelds in der Oberfläche des
Elements zu konzentrieren. Es verbliebt allenfalls ein geringer
Luftspalt zwischen dem Joch und dem Element, zum Beispiel der Heizwalze.
Dementsprechend wird auch ein entsprechend großer Teil des Magnetfelds verwendet,
um die Ströme
in der Oberfläche
der Heizwalze zu induzieren.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß das
Element in Abhängigkeit
vom Betrieb der Befeuchtungseinrichtung beheizt wird.
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Wie
oben im Zusammenhang mit dem Kalander erläutert, kann man dadurch der
Tatsache Rechnung tragen, daß durch
einen stärker
befeuchtete Abschnitt der Bahn eine vergrößerte Wärmemenge von der Walze (oder
einem anderen Heizelement, das den Nip begrenzt) abtransportiert
wird. Dementsprechend kann man ein unerwünschtes Abkühlen der Heizwalze in einer
derartigen Zone verhindern. Dies wirkt sich positiv auf die Gleichförmigkeit
der Erscheinung der Oberfläche
der Bahn aus, wenn sie den Nip durchlaufen hat.
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Vorzugsweise
ermittelt man mit Hilfe der Befeuchtungseinrichtung einen Feuchtegehalt
der Materialbahn in eine Richtung parallel zum Nip, trägt zonenweise
eine Feuchtigkeit auf die Bahn auf, um die Feuchtigkeit ei nem Soll-Profil
anzupassen und beheizt das Element in Abhängigkeit von der aufzutragenden
Feuchtigkeit. Damit wird zum einen das Feuchtigkeitsprofil der Bahn
auf gewünschte Soll-Vorgaben
eingestellt, beispielsweise auf eine konstante Feuchte quer zur
Laufrichtung der Bahn. Zum anderen verhindert man aber, daß bei einem
erhöhten
Feuchtigkeitsauftrag, der zum Ausgleich von Feuchtigkeitsunterschieden
notwendig ist, eine unerwünschte
Abkühlung
der Heizwalze erfolgt, so daß auch
die Oberflächeneigenschaften
gleichmäßig gehalten
werden können.
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Vorzugsweise
ermittelt man den Feuchtegehalt der Materialbahn nach dem Durchlaufen
des Nips. Damit ist es möglich,
auch die Heizeinrichtung in den Regelkreis zur Befeuchtung der Materialbahn einzubeziehen.
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Bevorzugterweise
unterteilt man die Beheizung in gleicher Weise in Abschnitte, wie
den Feuchteauftrag in Zonen, oder man ordnet jedem Abschnitt eine
definierte Anzahl von Zonen zu. Die Zonen der Befeuchtungseinrichtung
oder ein ganzzahliges Vielfaches davon haben also quer zur Laufrichtung
der Materialbahn die gleiche Breite wie die Abschnitte der Heizung.
Damit kann man sozusagen jeden Streifen der Materialbahn getrennt
steuern, um ein gewünschtes
Feuchteprofil über
die Breite der Materialbahn einerseits und ein gewünschtes
Oberflächen-Eigenschaftsprofil über die
Breite der Materialbahn andererseits zu erzielen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Kalanders und
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2 eine
Draufsicht auf den Kalander.
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1 zweigt
einen Kalander 1, der im vorliegenden Fall gebildet ist
durch einen Walzenstapel aus zwei Walzen 2,3.
Die Walze 2 ist hier als sogenannte "harte Walze" ausgebildet, d.h. sie weist eine unnachgiebige
Oberfläche
auf, die eine relativ hohe Glätte
besitzt. Die andere Walze 3 hat hingegen eine durch einen
Kunststoffbelag 4 gebildete elastische Oberfläche. Die
Walze 3 wird auch als sogenannte "weiche Walze" bezeichnet.
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Die
beiden Walzen 2, 3 bilden zusammen einen Nip 5,
durch den eine Materialbahn 6, im vorliegenden Fall eine
Papierbahn, geführt
wird, um mit einem erhöhten
Druck und auch mit einer erhöhten Temperatur
beaufschlagt zu werden. Die Durchlaufrichtung der Materialbahn 6 durch
den Nip 5 ist durch einen Pfeil 7 angegeben.
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Einrichtungen,
mit denen die beiden Walzen 2, 3 gegeneinandergedrückt werden,
sind an sich bekannt und nicht dargestellt. Eine oder beide der
Walzen 2, 3 können
auch als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet sein. Natürlich kann
ein derartiger Kalander auch mehr als die dargestellt Walzen 2, 3 haben.
In diesem Fall ist auch mehr als nur der eine Nip 5 vorgesehen.
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Die
harte Walze 2 ist als Heizwalze ausgebildet, d.h. sie sorgt
dafür,
daß die
Materialbahn 6 mit einer er höhten Temperatur beaufschlagt
wird. Hierzu weist die harte Walze 2 eine schematisch dargestellte
Heizeinrichtung 8 auf, die auf die Umfangsfläche der
harten Walze 2 wirkt. Zusätzlich kann in nicht näher dargestellter
Weise die harte Walze 2 noch eine weitere Heizeinrichtung
aufweisen, die beispielsweise genutzt werden kann, um eine Grundmenge
an Wärme
der harten Walze 2 zuzuführen. Diese Heizeinrichtung
kann beispielsweise durch eine Reihe von peripheren Bohrungen gebildet
werden, durch die ein Heizmedium geleitet wird.
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Die
Heizeinrichtung 8 weist, wie dies aus 2 zu
erkennen ist, mehrere Abschnitte A-G auf. Jeder Abschnitt A-G weist
zwei zueinander und zum Nip parallele Leiter 9, 10 auf.
Wie aus 1 zu erkennen ist, sind die
Leiter 9, 10 in entgegengesetzter Richtung von
Strom durchflossen. Dies ist durch einen Punkt und ein Kreuz dargestellt.
Bei dem Strom handelt es sich allerdings um einen Wechselstrom, bei
dem sich die Fließrichtung
fortlaufend ändert.
Zu- und Ableitungen sind aus gründen
der Übersicht
weder in 1 noch in 2 dargestellt.
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Die
Leiter 9, 10 eines Abschnitts A können gegenüber den
Leitern 9', 10' eines benachbarten Abschnitts
B in Umfangsrichtung der harten Walze 2 etwas versetzt
sein, wenn dies erforderlich ist, um Zu- und Ableitungen unterzubringen.
Diese Möglichkeit
ist in 2 dargestellt. Natürlich ist es aber auch möglich, daß sich die
einzelnen Leiter 9, 10 der einzelnen Abschnitte
A-G an der gleichen Umfangsposition der harten Walze 2 befinden.
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Jeder
Leiter 9, 10 ist von einem Joch 11, 12 eingeschlossen.
Das Joch 11, 12 umgibt den jeweiligen Leiter 9, 10 und
erstreckt sich bis in die Nähe
der Oberfläche
der harten Walze 2, so daß nur ein relativ kleiner Luftspalt 13 zwischen
dem Joch 11, 12 und der Oberfläche der harten Walze 2 verbleibt.
Dementsprechend wird das Magnetfeld eines jeden Leiters 9, 10 relativ
verlustarm an die Oberfläche
der harten Walze 2 übertragen.
Allerdings ist in Umfangsrichtung zwischen den Jochen 11, 12 der
Leiter 9, 10 ein weiterer Luftspalt 14 vorgesehen.
Dieser Luftspalt 14 kann auch durch ein magnetisch schlecht
leitendes Material gefüllt
sein. Er verhindert jedenfalls, daß sich das Magnetfeld aus den
Leitern 9, 10 im Joch selbst kurzschließt. Die
Joche 11, 12 sorgen jedoch dafür, daß an einer Position 15 zwischen
den Leitern 9, 10 ein maximales Magnetfeld induziert
wird. Das sich ändernde
Magnetfeld induziert dann Wirbelströme in der Oberfläche der
harten Walze 2, die zu einer entsprechenden Wärmezufuhr
und damit zu einer Temperaturerhöhung
führen.
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Um
eine entsprechende Wirbelstromausbildung in den Jochen 11, 12 zu
verhindern, sind diese Joche 11, 12 zweckmäßigerweise
geblecht, d.h. sie sind durch einen Stapel von elektrisch gegeneinander
isolierten Blechen gebildet, die in Richtung der Achse 16 der
harten Walze 2 aufeinander geschichtet sind.
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Die
Joche 11, 12 sind aus Gründen der Übersicht in 2 weggelassen.
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In
Laufrichtung 7 vor dem Nip 5 ist eine Befeuchtungseinrichtung 17 angeordnet.
Die Befeuchtungseinrichtung 17 ist, wie dies aus 2 zu
erkennen ist, in Zonen A'-G' unterteilt. Die
Zonen A'-G' haben jeweils die
gleiche Erstreckung quer zur Laufrichtung 7 der Materialbahn 6,
d.h. sie sind gleich lang. Sie haben auch die gleiche Erstreckung
quer zu Laufrichtung 7 der Materialbahn 6 wie
die Abschnitte A-G der Heizeinrichtung 8. Insbesondere
ist dafür
gesorgt, daß jedem
Abschnitt A der Heizeinrichtung 8 eine Zone A' der Befeuchtungseinrichtung 17 zugeordnet
ist.
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Wenn
die Zonen A'-G' sehr schmal sind,
jede Zone A'-G' beispielsweise nur
eine Düse
enthält, kann
es zweckmäßig sein,
jedem Abschnitt A-G der Heizeinrichtung 8 mehrere Zonen
A'-G' definiert zuzuordnen.
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Die
Befeuchtungseinrichtung 17 weist einen Feuchtesensor 18 auf.
Der Feuchtesensor 18 ist, wie dies durch einen Doppelpfeil 19 dargestellt
ist, quer zur Laufrichtung 7 der Materialbahn 6 über die
Materialbahn bewegbar. Man kann allerdings auch einen stationären Feuchtesensor
vorsehen, der dann mindestens die Breite der Materialbahn 6 aufweist.
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Natürlich kann
ein entsprechender Feuchtesensor 18 auch in Laufrichtung 7 vor
dem Nip 5, also vor der harten Walze 2, und sogar
vor der Befeuchtungseinrichtung angeordnet sein.
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Der
Feuchtesensor 18 ist mit einer Steuereinrichtung 20 verbunden,
die in Abhängigkeit
von einer Abweichung zwischen einem vom Feuchtesensor 18 ermittelten
Ist- Profil der Feuchte
der Materialbahn 6 und einem vorgegebenen Soll-Profil die
Befeuchtungseinrichtung 17 so steuert, daß ein der
Differenz entsprechender Feuchtigkeitsbetrag auf die Materialbahn 6 aufgetragen
wird. Damit ist es möglich,
die Feuchte der Materialbahn 6 auf das gewünschte Soll-Profil
einzustellen, d.h. über
die Breitenrichtung der Materialbahn 6 zu vergleichmäßigen.
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Um
zu verhindern, daß ein
größerer Feuchteauftrag
in einer Zone C' zu
einer entsprechenden Wärmeabfuhr
aus dem der Zone C' zugeordneten Bereich
der harten Walze 2 führt,
ist die Steuereinrichtung 20 auch mit der Heizeinrichtung 8 verbunden und
steuert dann die einzelnen Abschnitte A-G der Heizeinrichtung 8 so
an, daß sie
der unterschiedlichen Feuchtigkeitszufuhr Rechnung trägt. Wenn
in einer Zone A'-G' mehr Feuchtigkeit
auf die Materialbahn 6 aufgetragen wird, dann trägt die Heizeinrichtung 8 dem
Rechnung, indem der entsprechende Abschnitte A-G entsprechend stärker heizt.
Wenn entsprechend weniger Feuchtigkeit in einer Zone A'-G' aufgetragen wird,
dann kann die Heizleistung in dem entsprechenden Abschnitt A-G der
Heizeinrichtung 8 vermindert werden.
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Der
Feuchtesensor ermittelt dann die Feuchte nach dem Durchlaufen des
Nips 5. Er berücksichtigt
also die Feuchtigkeit, die sich in der Materialbahn 6 eingestellt
hat, nachdem nicht nur die Feuchtigkeit aufgetragen worden ist,
sondern die Materialbahn 6 auch entsprechend beheizt worden
ist. Dementsprechend ist die Heizeinrichtung 8 Bestandteil
eines Regelkreises zur Einstellung der Feuchtigkeit in der Materialbahn 6.