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Die Erfindung betrifft eine Heizpresse mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren zum Betrieb einer Heizpresse mit den in Anspruch 24 angegebenen Merkmalen.
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Heizpressen der gattungsgemäßen Art sind zur Herstellung von Verbindungen loser Enden eines Bandmaterials, insbesondere eines Kunststoffbandes oder eines gummierten Bandes, bekannt. Die Bandenden werden durch gleichzeitiges Einwirken von Druck und Temperatur allein oder zusammen mit aufgelegtem Verbindungsgewebe oder Folien miteinander verschweißt. Entsprechend der Breite der Bandmaterialien sind die Heizpressen in ihrer Größe angepasst ausgelegt. Die Heizpresse überragt aber die Breite des Bandmaterials in seitlicher Richtung. Derartige Heizpressen werden beispielsweise für die Herstellung von Endlosbändern, wie Förder- oder Prozessbändern, verwendet, deren Enden abgeschrägte Kontaktflächen oder ineinander greifende Verzahnungen aufweisen und deren Stoßflächen miteinander verschweißt werden sollen. Solche Endlosbänder bestehen aus speziellen Kunststoff- oder Gummimassen mit oder ohne Gewebeverstärkung.
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Die bekannten Heizpressen sind beispielsweise für Breiten eines Bandmaterials von ca. 50 mm bis 5.000 mm ausgelegt. Entsprechend dieser jeweiligen Breite ist der Druckbalken bzw. die Druckplatte der Heizpresse dimensioniert, damit sich dieser über seine Länge beim Pressen nicht durchbiegt. Es soll erreicht werden, dass die Bandenden des zu verschweißenden Bandmaterials über die gesamte Breite mit konstantem Druck während der Heißverpressung beaufschlagt werden. Um dies zu gewährleisten, ist es bekannt, unterhalb des oberen Druckbalkens einen Druckschlauch als Druckbett oder Druckkissen vorzusehen, der mit Druckluft während des Heißpressens beaufschlagt wird. Dadurch wird erreicht, dass auch bei nach oben durchgebogenen oberen Druckbalken ein konstanter Druck auf das obere Druckprofil durchgehend ausgeübt wird. Im Weiteren ist es wünschenswert, die Durchlaufzeiten möglichst kurz zu halten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Heizpressen sowie deren Verfahren zum Betrieb derart zu verbessern, dass die Zykluszeiten, welche für den Verbindungsprozess notwendig sind, verkürzt werden können. Zugleiche sollen die Energiekosten zum Betrieb der Heizpresse verringert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 24 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche und die folgende Beschreibung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Heizpresse zeichnet sich dadurch aus, dass ein Durchbiegen der Druckplatte wie der Heizplatte vermieden wird, im Weiteren wird vermieden, dass die Heizplatten und das Bandmaterial durch die Einwirkung von zu großer Hitze oder entstehender Wärme-Spots sich verformen, bzw. verbiegen, wodurch das zu verschweißende Material beschädigt werden kann. Im Weiteren werden durch die erfindungemäße Heizpresse und dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zykluszeiten erheblich verkürzt.
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Eine erfindungsgemäße Heizpresse besteht aus einer oberen Druckplatte, einer unteren Druckplatte, zwei Isolierungen, insbesondere in Form von Isolierschichten, einer oberen Heizplatte und einer unteren Heizplatte, zwischen welchen ein zu bearbeitendes Bandmaterial einführbar ist, wobei die obere Isolierung unterhalb der oberen Druckplatte und die untere Isolierung (5) oberhalb der unteren Druckplatte angeordnet ist, ein oberes Heizelement zwischen der oberen Isolierung und der oberen Heizplatte und ein unteres Heizelement zwischen unteren Isolierung und der unteren Heizplatte angeordnet ist, wobei zwischen der oberen Druckplatte und der oberen Heizplatte obere Druckstäbe und zwischen der unteren Druckplatte und der unteren Heizplatte untere Druckstäbe angeordnet sind.
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Vorteilhaft nach Anspruch 2 ist, dass die oberen und unteren Druckstäbe von der oberen und unteren Isolierung jeweils im Bereich der oberen und unteren Druckplatte umschlossen sind. Somit werden zugleich die Übergänge zwischen den Druckplatten und den Druckstäben mitisoliert.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist bevorzugt, dass die untere Druckplatte feststehend ist. Somit reduziert sich die Anzahl der Hydraulik bzw. Pneumatikzylinder.
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Vorteilhaft nach Anspruch 4 ist, dass die Druckplatten über mindestens einen Hydraulik- oder Pneumatikdruckzylinder aufeinander fahrbar sind. Durch die Verwendung von Hydraulik- oder Pneumatikdruckzylindern kann der Druck der Heizpresse variiert werden, je nach Erforderlichkeit des zu bearbeitenden Materials.
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Vorteilhaft nach Anspruch 5 ist, dass die Breite der Druckplatten auf das Bandmaterial anpassbar ist und im Bereich von 50 mm bis 5000 mm liegt. Somit ist die Heizpresse flexibel auf unterschiedliche Größen von Bandmaterial anpassbar.
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Vorteilhaft nach Anspruch 6 ist, dass die Heizelemente auf die Heizplatten verfahrbar sind und mit vordefiniertem Druck auf die Heizplatten pressbar sind. Hierdurch wird die Aufheizphase zeitlich reduziert, die Heizpresse erwärmt das Bandmaterial schneller.
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Vorteilhaft nach Anspruch 7 ist, dass die Heizelemente mittels mindestens eines in den Heizelementen angeordneten Temperatursensors auf Solltemperatur haltbar sind. Somit wird ein zusätzlicher Zeitaufwand um die Heizelemente zu erhitzen beim Heißpressvorgang vermieden.
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Vorteilhaft nach Anspruch 8 ist, dass die Solltemperatur höher als die Prozesstemperatur ist, welche beim Heißpressvorgang der Heizpresse eingestellt ist, wobei die Solltemperatur ca. 5% höher als die Prozesstemperatur ist. Hierdurch werden die Wärmeverluste beim Heißpressen der Heizelemente auf die Heizplatten kompensiert.
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Vorteilhaft nach Anspruch 9 ist, dass in jeder der Heizplatten mindestens ein weiterer Temperatursensor angeordnet ist, mittels welchem die Temperatur der Heizelemente nachdem diese auf die Heizplatten gepresst sind, regelbar ist. Somit wird die Temperatur nahe am Bandmaterial geregelt. Die Presstemperatur kann genauer eingestellt werden.
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Vorteilhaft nach Anspruch 10 ist, dass mindestens ein weiterer Temperatursensor etwa einen mm von der dem Bandmaterial zugewandten Oberfläche der Heizplatte beabstandet angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass die Temperatur möglichst nahe am Bandmaterial geregelt wird.
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Vorteilhaft nach Anspruch 11 ist, dass die Heizplatten aus Aluminium oder einem ähnlich gut wärmeleitenden Material bestehen und eine relativ geringe Materialstärke aufweisen. Somit muss kein großer Energieaufwand zur Erhitzung der Heizplatten berücksichtigt werden.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 12 ist bevorzugt, dass bei einer Größe der Heizplatten von 60 mal 200 mm diese eine Materialstärke von 5 mm haben.
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Vorteilhaft nach Anspruch 13 ist, dass an den Heizplatten jeweils ein Ausgleichsblech angeordnet ist, welches im Randbereich kühlbar ist. Hierdurch werden eventuell vorhandene Verspannungen ausgeglichen.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 14 ist bevorzugt, dass jedes Ausgleichsblech mindestens eine Kühlung aufweist.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 15 ist bevorzugt, dass die Kühlung durch Kühlleitungen realisiert ist.
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Vorteilhaft nach Anspruch 16 ist, dass die Druckstäbe relativ dünne Stäbe, vorzugsweise aus Stahl, sind. Hierdurch wird das Gewicht der Heizpresse reduziert.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 17 ist bevorzugt, dass die Druckstäbe einen Durchmesser von 4 mm aufweisen.
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Vorteilhaft nach Anspruch 18 ist, dass die oberen Druckstäbe auf der oberen Heizplatte gegenüber den unteren Druckstäben auf der unteren Heizplatte äquidistant in einem geometrischen Muster angeordnet sind. Hierdurch werden eventuell entstehende Druckspitzen ausgeglichen.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 19 ist bevorzugt, dass das geometrische Muster eine Rautenform oder eine Rechteckform aufweist.
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Vorteilhaft nach Anspruch 20 ist, dass die obere Druckplatte im Randbereich und die untere Druckplatte im Mittenbereich oder die untere Druckplatte im Mittenbereich und die obere Druckplatte im Randbereich Aufnahmen zur Stabilisierung und Vermeidung von Verbiegungen oder Verwerfungen der Druckplatten bzw. der Übertragung von Pressdruck aufweist. Hierdurch werden Verspannungen der Verwindungen der Druckbalken unterbunden.
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Vorteilhaft nach Anspruch 21 ist, dass während verschiedener Prozessphasen der Heizpresse die Aufnehmungen der Heizplatten mittels der Kühlleitungen in den Ausgleichsblechen kühlbar sind. Dadurch wird ein Überschwingen der Temperatur über die Solltemperatur während bestimmter Phasen vermieden.
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Vorteilhaft nach Anspruch 22 ist, dass Kühlelemente einfahrbar und auf die Heizplatten während der Kühlphase aufpressbar sind. Hierdurch wird die Kühlphase verkürzt.
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Vorteilhaft nach Anspruch 23 ist, dass in der Ruhestellung der Heizpresse eine weitere Isolierung zwischen der unteren Heizplatte und dem unteren Heizelement einschiebbar ist. Somit wird die untere Heizplatte vor Aufwärmung durch Konvektionswärme oder Strahlungswärme durch das untere Heizelement geschützt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Heizpresse weist mindestens eine obere Druckplatte mit einer an dieser angebrachten oberen Isolierung, eine untere Druckplatte mit einer an dieser angebrachten unteren Isolierung, eine obere Heizplatte und eine untere Heizplatte, zwischen welchen ein zu bearbeitendes Bandmaterial eingefügt wird, ein oberes Heizelement, ein unteres Heizelement und obere und untere Druckstäbe auf und durchläuft eine Ruhephase, eine Aufheizphase, eine Haltephase und eine Kühlphase, wobei in der Ruhephase eine weitere Isolierung zwischen der unteren Heizplatte und dem unteren Heizelement eingeschoben wird, um die untere Heizplatte vor Konvektions- oder Strahlungswärme des unteren Heizelements abzuschirmen.
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Vorteilhaft nach Anspruch 25 ist, dass während der Ruhephase die Heizelemente auf Solltemperatur gehalten werden, wobei die Solltemperatur höher als die Temperatur ist, welche beim Heißpressvorgang benötigt wird, wobei die Heizelemente auf Solltemperatur gehalten werden und dies mittels mindestens einem Temperatursensors, welcher zumindest in einem der Heizelemente angeordnet ist, gesteuert wird. Hierdurch wird die Aufheizphase verkürzt.
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Vorteilhaft nach Anspruch 26 ist, dass zu Beginn der Aufheizphase der Heizpresse die weitere Isolierung aus der Heizpresse zurückgefahren wird, mittels Druckerzeugungsgeräten die Druckplatten mit Pressdruck beaufschlagt werden und die Heizpresse geschlossen und das Bandmaterial von den beiden Heizplatten umschlossen wird. Durch die weitere Isolierung wird in der Ruhephase die untere Heizplatte vor Erwärmung geschützt.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 27 ist bevorzugt, dass als Druckerzeugungsgeräte Pneumatik- oder Hydraulikzylindern oder Elektrokolben oder Spindeln eingesetzt werden.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 28 ist bevorzugt, dass zu Beginn der Aufheizphase die Heizelemente auf die Heizplatten aufgefahren werden und mit einem einstellbaren Druck auf die Heizplatten gepresst werden.
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Gemäß der Ausführungsform nach einem oder mehreren vorangehenden Ansprüchen ist bevorzugt, dass sobald die Heizelemente auf die Heizplatten aufgefahren sind die Temperaturregelung der Heizelemente von mindestens einem weiteren Temperatursensor übernommen wird, der in jeder der Heizplatten in einem geringen Abstand von der dem Bandmaterial zugewandten Oberfläche der oberen Heizplatte und/oder der unteren Heizplatte angeordnet ist.
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Gemäß der Ausführungsform nach einem oder mehreren vorangehenden Ansprüchen ist bevorzugt, dass während der Aufheizphase und der nachfolgenden Haltephase der Druck in der Heizpresse nahezu konstant gehalten wird.
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Gemäß der Ausführungsform nach einem oder mehreren vorangehenden Ansprüchen ist bevorzugt, dass mittels Ausgleichsblechen, welche an den Heizplatten angeordnet sind, die Aufnehmungen der Heizplatten mittels in den Ausgleichsblechen vorhandenen Kühlleitungen während verschiedener Prozessphasen, insbesondere der Aufheizphase und der Haltephase, gekühlt werden, wodurch ein Überschwingen der Temperatur während dieser Phasen unterbunden wird.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 32 ist bevorzugt, dass nach Beendigung der Haltephase die Kühlphase beginnt und die Heizelemente von den Heizplatten weggefahren, auf die Heizplatten Kühlelemente aufgefahren und diese auf die Heizplatten mit voreinstellbarem Druck, insbesondere mittels Pneumatik- oder Hydraulikzylindern oder anderen Druckerzeugungsgeräten wie Elektrokolben oder Spindeln gepresst werden, wobei die Kühlphase mittels der weiteren Temperatursensoren überwacht wird.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 33 ist bevorzugt, dass während der Kühlphase die Heizelemente mittel der Temperatursensoren auf ihrer Solltemperatur gebracht und dort gehalten werden.
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Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 34 ist bevorzugt, dass nach Beendigung der Kühlphase, die durch die weiteren Temperatursensoren überwacht wird, die Kühlelemente aus der Heizpresse gefahren werden, der Druck auf die Druckplatten reduziert wird, die Heizpresse geöffnet wird und die weitere Isolierung wieder eingefahren wird.
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Die erfindungsgemäße Heizpresse weist eine obere und untere Druckplatte auf. Die untere Druckplatte ist vorzugsweise feststehend, sie kann aber auch beweglich gelagert sein. Die obere Druckplatte wird in der vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung über Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder in Richtung der unteren Druckplatte verfahren. Bei dem konkreten Ausführungsbeispiel, bei welchem keine der beiden Druckplatten feststehend ist, werden beide Druckplatten über Pneumatikzylinder aufeinander gefahren und gepresst. Durch die Pneumatikzylinder kann eine vordefinierte Kraft zum Verpressen des Bandmaterials erzeugt werden. Dieser Pressdruck ist an der Heizpresse einstellbar. Unterhalb der oberen Druckplatte ist eine Isolierung angeordnet. Diese Isolierung dient zur thermischen Isolierung der Druckplatte. Es wird somit vermieden, dass es zu Verspannungen oder Verformungen der oberen Druckplatte in Folge von Erwärmung selbiger kommt. Es wird von der Isolierung die Konvektionsstrahlung oder Wärmestrahlung der/des in der Nähe der Druckplatten angeordneten Heizelemente/s, welche/s stets auf Solltemperatur gehalten werden/wird, weitgehend ferngehalten. Sowohl auf der oberen wie auf der unteren Druckplatte ist eine derartige Isolierung angebracht. Die obere wie die untere Druckplatte ist über Druckstäben mit jeweils einer Heizplatte verbunden. Die obere Druckplatte ist mit oberen Druckstäben mit der oberen Heizplatte, die untere Druckplatte mit unteren Druckstäben mit der unteren Heizplatte verbunden. Über diese Druckstäbe wird der Pressdruck von den Druckplatten zu den Heizplatten geleitet. Zwischen den Isolierungen der Druckplatten und der Heizplatten ist jeweils ein Heizelement angeordnet. Dieses Heizelement ist beweglich gelagert und kann auf die jeweilige Heizplatte gepresst werden. Das Bandmaterial befindet sich beim Heizpressvorgang zwischen der oberen und der unteren Helzplatte, wobei es vorzugsweise nach dem Einlegen in die Heizpresse auf der unteren Heizplatte zu liegen kommt. Durch Ausübung von Pressdruck mittels mindestens einem Pneumatik-Zylinder auf die obere Druckplatte wird ein Druck, vermittelt durch die Druckstäbe, zwischen den Heizplatten aufgebaut. Da die untere Druckplatte in einer vorzugsweisen Ausführung feststehend ist, überträgt sich der Druck auf das Bandmaterial.
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Das obere und das untere Heizelement sind auf eine Solltemperatur voreingestellt und werden kontinuierlich auf dieser durch eine Regeleinheit gehalten. Die Solltemperatur ist etwas höher als die beim Betrieb benötigte Temperatur der Heizpresse. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die Solltemperatur etwa 5% über der Prozesstemperatur, welche der Heißpressvorgang benötigt, zu wählen. Zur Regelung der Solltemperatur der Heizelemente ist in jedem der Heizelemente ein Temperatursensor angeordnet. Mittels dieses Temperatursensors wird die Temperatur im Heizelement überwacht und konstant gehalten. Das Heizelement wird auch in der Ruhestellung bzw. Ruhephase der Heizpresse auf die Solltemperatur geregelt und dort gehalten. Unter Ruhephase ist diejenige Phase der Heizpresse zu verstehen, in welcher das Bandmaterial in die Heizpresse eingelegt wird. Zur Aufheizung der Heizelemente und zum Halten der Solltemperatur sind in den Heizelementen elektrische Heizleiter angeordnet, mittels derer die Heizelemente erhitzt und auf Solltemperatur gehalten werden. Diese Heizleiter werden mit Strom betrieben. In einer möglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen Heizleiter durch Wärmelemente ersetzt sind, welche mittels heißen Dampfs bzw. anderer Flüssigkeiten erhitzt werden. Auf diese Weise kann mittels eines Blockheizkraftwerkes Dampf erzeugt werden, der die Heizelemente der Heizpresse mit Wärmeenergie versorgt. Es kann aber auch eine Fernwärmequelle zur Versorgung mit Wärmeenergie verwendet werden.
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Ist nunmehr die Heizpresse geschlossen und soll der Heißpressvorgang beginnen, so werden die Heizelemente mit entsprechenden Pneumatik-Zylindern auf die Heizplatten aufgefahren und mit einem vordefinierten Druck auf diese gepresst. Die Heizplatten bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen gut leitenden Material und sind relativ dünn. in der Heizplatte befindet sich in einem geringen Abstand zum verbindenden Material, d. h. vorzugsweise mit einem Abstand von 1 mm, ein Temperaturfühler. Dieser Temperaturfühler übernimmt die Temperaturregelung der Heizpresse und damit der Heizelemente, so bald der Aufheiz- und Halteprozess läuft. Nachdem nunmehr die Heizelemente auf die Heizplatten aufgefahren sind, wird die Regelung vom Temperaturfühler in den Heizplatten übernommen.
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An den Heizplatten sind Ausgleichsbleche angeordnet, welche eventuell vorhandene Verspannungen ausgleichen. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ist für jede Heizplatte ein Ausgleichsblech vorgesehen. Das Ausgleichsblech wird faktisch über die Heizplatten gestülpt. Am Ausgleichsblech ist eine Kühlleitung vorgesehen, die während des Halteprozesses das Ausgleichsblech und damit die Heizplatte kühlt, um bedingt durch das schnelle Aufheizen, mögliches Überschwingen der Temperatur in der Heizpresse zu unterbinden.
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Die Druckplatten werden während des gesamten Prozesses kontinuierlich gekühlt. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung auf nahezu Raumtemperatur, um einer Erwärmung der gesamten Apparatur beim Dauereinsatz entgegen zu wirken. Während der Kühlphase wird die Kühlung der Druckplatten gestoppt, um die Effektivität der Heizplattenkühlung zu erhöhen.
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Der Druck zwischen den Heizplatten darf sich während des gesamten Prozesses, d. h. beim Aufheizen, Halten und Kühlen nicht verändern. Die Druckübertragung zwischen der Druckplatte wird von den Druckstäben übernommen. Bei den Druckstäben handelt es sich vorzugsweise um dünne Stäbe aus Stahl. Diese Druckstäbe sind in einem geometrischen Muster über die Heizplatten verteilt. Die oberen Druckstäbe und die unteren Druckstäbe sind derart angeordnet, dass diese sich nicht überlappen, sondern dass diese quasi äquidistant gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die oberen und die unteren Druckstäbe jeweils flächig genau in die Zwischenräume der anderen Druckstäbe auf der gegenüberliegenden Heizplatte angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Druckstäbe heben sich die beim Pressen in den Heizplatten entstehenden unterschiedlichen Druckkräfte, welche zu Verwertungen führen könnten, gegenseitig auf und auf das Bandmaterial wirkt in der Heizpresse eine nahezu über das gesamte in der Heizpresse eingelegte Bandmaterial konstanter Pressdruck und dadurch eine gleichbleibende Dicke des im warmen zustand teigigen Bandmateriales ein. Um der durch die teilweise punktuelle Druckbelastung der Druckplatten entstehenden Druckdifferenz innerhalb des Verbindungsbereichs entgegen zu wirken, wird die obere Druckplatte im Mittelbereich und die untere Druckplatte im Randbereich, vorzugsweise vorne und hinten, aufgenommen. Hierdurch erfolgt wiederum ein Druckausgleich, so dass über die gesamte Fläche des zu verpressenden Bandmaterials keine druckunterschiedlichen Bereiche auftreten.
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Nach Beendigung des Halteprozesses und Start der Kühlphase werden zunächst die Heizelemente von den Heizplatten entfernt und es werden mittels Pneumatik-Zylindern Kühlleisten zwischen die Druckstäbe gefahren und auf die Heizplatten gepresst. Dies erfolgt wiederum mit einem vordefinierten Druck. Die Temperatursensoren in den Heizplatten überwachen nun die Kühlung und die Kühltemperatur und steuern das Ende des Kühlprozesses. Am Ende des Kühlprozesses werden die Kühlleisten von den Heizplatten entfernt, der Pressdruck wird reduziert und die Heizpresse wird geöffnet. Das Bandmaterial kann entnommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine weitere verfahrbare Isolierung vorgesehen. In der Ruhestellung der Heizpresse wird diese weitere verfahrbare Isolierung zwischen das untere Heizelement und die untere Heizplatte gefahren. Hierdurch wird vermieden, dass durch Temperaturabstrahlung des unteren Heizelements die untere Heizplatte erwärmt wird. Es wird somit die aufsteigende Konvektionswärme und Strahlungswärme des unteren Heizelements von der unteren Heizplatte ferngehalten. Die Heizplatte verbleibt nahezu auf Raumtemperatur. Außerdem werden die Ausgleichsbleche und die Druckplatten gekühlt, und somit die Aufnahmeapparatur und im Ruhezustand die Heizplatten auf nahezu Raumtemperatur gehalten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühlbleche als Peltier-Elemente ausgestaltet. Die Kühlstäbe können ebenfalls durch Peltier-Elemente realisiert sein.
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Die weitere Erfindung wird nunmehr anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die Beschreibung erfolgt anhand von Figuren. Diese Beschreibung anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles stellt keine Einschränkung der Erfindung auf eine einzelne oder einzige Ausführungsform dar.
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Es zeigt:
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1a einen Längsschnitt durch einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Heizpresse;
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1b einen Querschnitt durch einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Heizpresse;
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2 eine Draufsicht auf die Heizplatten, im Schnitt durch die Druckstäbe;
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3 bis 13 einzelne Verfahrensschritte, welche beim Betreiben einer erfindungsgemäßen Heizpresse ausgeführt werden.
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In der weiteren Beschreibung werden, zur besseren Verständlichkeit, für gleiche Elemente in allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.
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In 1a und 1b ist in Schnittzeichnungen der schematische Aufbau der Heizpresse dargestellt. In 1a ist ein Längsschnitt durch einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Heizpresse dargestellt.
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In 1b ein Querschnitt durch einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Heizpresse dargestellt.
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Die Heizpresse, mit 1 bezeichnet, weist eine obere Druckplatte 2 und eine untere Druckpatte 3 auf. An der oberen Druckplatte 2 ist eine Isolierung 4, vorzugsweise in Form einer Isolierungsschicht angebracht. Diese besteht vorzugsweise aus Brandenburger Subratherm HT4 (Subratherm ist eine eingetragene Marke der Firma Brandenburger Isoliertechnik GmbH & Co. KG). An der unteren Druckplatte 3 ist ebenfalls eine Isolierungsschicht 5 angeordnet. Beide Isolierungen 4, 5 dienen dazu, um die Konvektionswärme oder Wärmestrahlung, welche beim Heißpressvorgang und insbesondere durch die Heizelemente 6 und 7 entsteht, weitgehend von den Druckplatten 2 und 3 fernzuhalten um eine mögliche thermische Verspannung der Druckplatten 2, 3 und der Erwärmung der ganzen Apparatur zu vermeiden. Im Weiteren sind die Heizelemente 6 und 7 angeordnet. Die Heizelemente 6 und 7 sind stets auf Solltemperatur geregelt. Hierzu ist mindestens ein Temperatursensor 34, 35, der auch in Form eines Temperaturfühlers ausgestaltet sein kann, integriert, welcher die Heizelemente 6 und 7 stets auf Solltemperatur regelt. Vorzugsweise wird diese Solltemperatur der Heizelemente 6, 7 höher eingestellt, als bei dem Heißpressvorgang notwendig. Dies ist vorgesehen, damit beim Auffahren der Heizelemente 6, 7 auf die jeweiligen Heizplatten 8, 9, welche mit dem Bandmaterial 12 in Verbindung stehen, ein schnelleres Aufheizen der Heizplatten 8, 9 auf die Betriebstemperatur erfolgt und sich somit der Aufheizvorgang verkürzt.
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Die Heizelemente 6, 7 sind beweglich gelagert, damit diese auf die Heizplatten 8, 9 beim Heißpressvorgang aufgefahren werden können. Im Weiteren ist eine zusätzliche Isolierung 13 vorhanden. Die zusätzliche Isolierung 13 ist zwischen dem unteren Heizelement 7 und der unteren Heizplatte 9 angeordnet. Diese zusätzliche Isolierung 13 ist verfahrbar gelagert und nur im Ruhezustand bzw. Ausgangszustand der Heizpresse 1 in diese eingefahren. Die zusätzliche Isolierung 13 dient dazu, um Konvektionswärme oder Strahlungswärme, welche vom unteren Heizelement 7 abgestrahlt wird, von der unteren Heizplatte 9 weitgehend fernzuhalten. Somit ist es möglich die untere Heizplatte 9 im Ruhezustand auf nahezu Umgebungstemperatur zu halten.
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Im Weiteren sind obere und untere Druckstäbe 10 und 11 vorhanden. Die oberen Druckstäbe 10 sind zwischen der oberen Druckplatte 2 und der oberen Heizplatte 8, die unteren Druckstäbe 11 sind zwischen der unteren Heizplatte 9 und der unteren Druckplatte 3 angeordnet. Mittels der Druckstäbe 10, 11 wird der Druck, welcher auf die Druckplatten 2, 3 mittels Pneumatikzylindern ausgeübt wird, auf die Heizplatten 8, 9 übertragen. In einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung wird der Druck über pneumatische Zylinder ausgeübt, diese pneumatischen Druckzylinder sind beispielhaft mit dem Bezugszeichen 14 und 15 versehen, wobei die Bezugszeichen 14 und 15 die Richtung des Druckes, welcher auf die Druckplatten 2, 3 ausgeübt wird, darstellen und symbolisieren.
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In einer weiteren vorzugshaften Ausgestaltung der Erfindung ist die untere Druckplatte 3 feststehend angeordnet, so dass lediglich die Druckzylinder auf die obere Druckplatte 2 einwirken und somit die Heizpresse 1 schließen und Pressdruck zwischen den Heizplatten 8 und 9 aufbauen.
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In einer vorzugsweisen Ausführung ist jede der Heizplatten 8 und 9 mit einem Ausgleichsblech 38, 39 versehen. Das obere Ausgleichsblech 38 umschließt jeweils die Aufnahme der oberen Heizplatte 8, das untere Ausgleichsblech 39 umschließt jeweils die Aufnahme der unteren Heizplatte 9. Die Ausgleichsbleche 38, 39 dienen dazu, um Druckungleichheiten auszugleichen und einen fliesenden Wärmeübergang im Bandmaterial zu erreichen. Im Weiteren sind die Ausgleichsbleche an den die Heizplatten 8, 9 überstehenden Enden gekühlt. Diese Kühlung ist mit den Bezugszeichen 40 und 41 bezeichnet. Die Kühlung erfolgt in bestimmten Prozessabschnitten (beim Regeln, Kühlen, jedoch nicht beim Aufheizen). Auf diese Weise wird ein Überschwingen der Temperatur beim Übergang vom Aufheizen zum Regeln (Angleichung an die Solltemperatur) erreicht und eine Übertemperatur beim schnellen Aufheizen der Heizpresse 1 vermieden. Im Weiteren werden durch diese Ausgleichsbleche 38, 39 und deren Kühlung 40, 41 im Ausgangszustand (Ruhezustand) die Aufnahmen der Heizplatten 8, 9 gekühlt und auf nahezu Raumtemperatur gehalten.
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Außerdem sind an den Druckbalken 2, 3 Kühlleitungen 42, 43 vorgesehen, welche die Druckbalken kontinuierlich kühlen. Hierdurch werden thermische Verspannungen vermieden. Zugleich wird die gesamte Heizpresse gekühlt.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt an jedem der Druckbalken 2, 3 jeweils fünfzehn Druckstäbe anzuordnen.
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In 2 ist jeweils ein Schnitt durch die Heizpresse 1 dargestellt. Die Schnittrichtung ist in 1 mit A-A bzw. B-B bezeichnet. 2 stellt eine Draufsicht auf den Schnitt A-A bzw. B-B aus 1 dar und somit eine Draufsicht auf die obere und untere Heizplatte 8, 9. Es sind die oberen und unteren Druckstäbe mit Bezugszeichen 10-1 bis 10-16 sowie die Druckstäbe der unteren Druckplatte mit Bezugszeichen 11-1 bis 11-17 bezeichnet. Wie erkenntlich ist, sind die oberen Druckstäbe 10-1 bis 10-16 und die unteren Druckstäbe 11-1 bis 11-17 in einer geometrischen Anordnung angeordnet, wobei die oberen Druckstäbe 10-1 bis 10-16 zu den unteren Druckstäben 11-1 bis 11-17 derartig angeordnet sind, dass diese sozusagen mittig zwischen den anderen Druckstäben auf den jeweiligen Heizplatten zu liegen kommen. Dies ist notwendig, da durch diese Anordnung bei der Beaufschlagung der Heizpresse 1 mit Druck durch die Druckstäbe 10-1 bis 11-17 entstehenden Druckspitzen auf der Heizfläche (Ebenheitsänderung im 100stel mm Bereich) durch die geometrische versetzte Anordnung der Druckstäbe 10-1 bis 11-17 nahezu gleichmäßiger Abstand und somit auch gleichmäßiger Druck über die Heizplatten 8, 9 auf das Bandmaterial 12 ausgeübt wird. Eine Dickenänderung des zu verbindenden Bandmateriales beim Prozess ist somit nicht gegeben. Verwertung oder Verwelung wird durch die Anordnung der Druckstäbe 10-1 bis 11-17 weitgehend vermieden. Durch diese Anordnung sind die Druckverhältnisse über die gesamte Heizpresse im Bereich der Heizplatten 8 und 9 nahezu konstant. Würden die Druckstäbe übereinander liegen, so würde beim Pressvorgang durch die im 100stel mm Bereich zwischen den Druckstäben nachgebende (relativ dünne) Heizplatte eine Dickenänderung (Verdickung des Bandmateriales) verursachen und somit das Ergebnis verschlechtern. Bei den flächig versetzten Druckstäben wird dieser Nachteil eliminiert, da sich die statischen Schwachpunkte der dünnen Heizplatten durch das Versetzen der Druckstäbe aufhebt.
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In den 3 bis 13 sind einzelne Verfahrensschritte der Arbeitsweise der Heizpresse 1 dargestellt.
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In 3 ist der Ausgangszustand der Heizpresse 1, die so genannte Ruhephase, dargestellt. Die Heizpresse 1 ist geöffnet. Das Bandmaterial 12 wird in die Heizpresse 1 eingelegt. Die Heizelemente 6, 7 sind auf Solltemperatur geregelt.
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Die weitere Isolierung 13 ist im Ruhezustand in die Heizpresse 1 eingeschoben und befindet sich zwischen der unteren Heizplatte 9 und dem unteren Heizelement 7.
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Durch die weitere Isolierung 13 wird von der unteren Heizplatte 9 die Konvektionswärme und Wärmestrahlung des unteren Heizelements 7 ferngehalten.
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In 4 ist der nächstfolgende Arbeitschritt der Heizpresse 1 dargestellt. Es wird zunächst in der Heizpresse 1 der Druck aufgebaut. Anschließend wird die zusätzliche Isolierung 13 aus der Heizpresse 1 herausgefahren.
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In dem in 5 dargestellten nächsten Verfahrensschritt wird die Heizpresse 1 geschlossen. Hierzu wird auf die Druckplatten 2 und 3 Druck ausgeübt, die beiden Heizplatten 8 und 9 fahren aufeinander auf und nehmen das Bandmaterial 12 zwischen sich auf. Der Druck der Heizpresse 1 wird erhöht. Wie eingangs beschrieben, sind in den Heizelementen 6, 7 erste Temperatursensoren 34, 35, bzw. Temperaturfühler, vorhanden, welche die Temperatur auf Solltemperatur nahezu konstant halten. In den Heizplatten 8, 9 sind zweite Temperatursensoren 36, 37, bzw. Temperaturfühler, angeordnet.
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Diese sind vorzugsweise in einem Abstand von ca. 1 mm von den Oberflächen der Heizplatten 8, 9 vom Bandmaterial 12 in den Heizplatten 8, 9 angeordnet. Somit kann die Temperatur der Heizplatten 8, 9 nahe am Bandmaterial 12 gemessen und entsprechend reguliert werden. Der Heißpressvorgang kann somit optimiert werden, da die Temperatur nahe am Bandmaterial 12 geregelt werden kann.
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Diese zweiten Temperatursensoren 36, 37 übernehmen die Temperaturregelung sofortig, nachdem die Heizelemente 6, 7 auf die Heizplatten 8, 9 aufgefahren sind.
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Es werden die Heizelemente 6 und 7 auf die Heizplatten 8, 9 aufgefahren. Diese Bewegungsrichtung der Heizelemente ist in 5 mit den Bezugszeichen 16 und 17 bezeichnet. Die Heizpresse 1 ist zugefahren, der Pressdruck ist aufgebaut. Die Heizelemente 6, 7 werden mit einem vordefinierten Druck auf die Heizplatten 8 und 9 gepresst. Somit heizen sich die Heizplatten 8, 9 auf die Prozesstemperatur auf. Die zweiten Temperatursensoren 36, 37 in den Druckplatten 8, 9 übernehmen die Regelung der Temperatur der Heizelemente 6, 7. Die Druckplatten 8, 9 werden auf die für den Heißpressvorgang vorgesehene Temperatur gebracht. Dadurch dass die Heizelemente 6, 7 auf Solltemperatur liegen, welche etwas höher als die Temperatur für den Heißpressvorgang ist, werden die Heizplatten 8, 9, welche relativ dünn ausgestaltet sind, schnell auf die notwendige Temperatur gebracht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die Solltemperatur der Heizelemente 6, 7 etwa 5% über der Temperatur zu setzen, welche für den Heißpressvorgang benötigt wird. Die Aufheizzeit wird gegenüber einer herkömmlichen Heizpresse erheblich verkürzt.
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In 6 ist der Verfahrensschritt der Aufheizphase der Heizpresse 1 dargestellt, in dem die Heizelemente 6, 7 auf die Heizplatten 8, 9 aufgefahren sind und die Heizplatten 8, 9 auf die Solltemperatur für den Heißpressvorgang gebracht werden.
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Der Wärmeübergang von den Heizelementen 6, 7 auf/in die Heizplatten 8, 9, ist mit den Bezugzeichen 18 und 19 bezeichnet.
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Die Heizplatten 8, 9 werden auf die notwendige Solltemperatur für den Heißpressprozess gebracht und heizen das Bandmaterial 12 auf die gewünschte Temperatur auf. Zugleich wird der notwendige Druck auf das Bandmaterial 12 ausgeübt. In dieser Zeit werden die Heizelemente 6, 7 mit einer erhöhten Wärmeenergiemenge versorgt.
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In 7 ist der nächste Verfahrensschritt dargestellt, in welchem die Heizplatten 8, 9 auf Solltemperatur gebracht sind. Es beginnt die Haltephase. Mit dem Erreichen der Solltemperatur wird die Kühlung der Ausgleichsbleche 38, 39 aktiviert. Die Haltephase ist zu den bekannten Pressverfahren weiterhin identisch, da diese durch das zu bearbeitende Bandmaterial 12 bestimmt wird. Hier wird über die zweiten Temperatursensoren 38, 39 die Temperatur der Heizplatten 8, 9 konstant auf Prozesstemperatur gehalten.
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In 8 ist die Haltezeit beendet. Es beginnt die Kühlphase. Hierzu werden die Heizelemente 6, 7 von den Druckplatten 8, 9 in ihre Ausgangsstellung zurück gefahren. Der Druck in der Heizpresse 1 bleibt weiterhin aufrecht erhalten.
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In 9 ist der nachfolgende Verfahrensschritt beschrieben, in welchem die Kühlzeit durch Einbringung von Kühlelementen 22, 23 verkürzt wird. Diese Kühlelemente 22, 23 werden zwischen die Druckstäbe 10, 11 und auf die Heizplatten 8, 9 gefahren. Die Einfahrtrichtung ist mit den Bezugszeichen 24 und 25 bezeichnet. Die Kühlelemente 22, 23 werden mit einem vordefinierten Pressdruck auf die Heizplatten 8, 9 gepresst. Die Heizplatten 8, 9 werden abgekühlt.
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In 10 ist im nachfolgenden Verfahrensschritt, symbolisch mit Bezugszeichen 26, 27, die Einströmung von Kälte in die Heizplatten 8, 9 dargestellt. Es werden sozusagen durch die Kühlelemente die Heizplatten 8, 9 auf die Ausgangstemperatur herabgekühlt.
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In 11 ist der nächste Verfahrensschritt dargestellt. Die Heizplatten 8, 9 sind abgekühlt, die Kühlelemente 22, 23 werden wieder ausgefahren und in ihre Ausgangsstellung verbracht. Der Druck der Heizpresse 1 bleibt jedoch weiter aufrecht erhalten.
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In 12 ist der nachfolgenden Verfahrensschritt dargestellt, in welchem die Kühlelemente 22, 23 ausgefahren sind. Die Kühlphase ist beendet.
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In 13 ist der Öffnungsvorgang der Presse dargestellt. Der Pressdruck wird reduziert, die Druckplatten 8, 9 werden voneinander fortbewegt. Die zusätzliche Isolierung 13 wird wieder eingefahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizpresse
- 2
- Obere Druckplatte
- 3
- Untere Druckplatte
- 4
- Obere Isolierung
- 5
- Untere Isolierung
- 6
- Oberes Heizelement
- 7
- Unteres Heizelement
- 8
- Obere Heizplatte
- 9
- Untere Heizplatte
- 10
- Obere Druckstäbe
- 11
- Untere Druckstäbe
- 12
- Bandmaterial
- 13
- Zusätzliche Isolierung
- 14
- Druck von oben
- 15
- Druck von unten
- 16
- Fahrtrichtung des oberen Heizelements
- 17
- Fahrtrichtung des unteren Heizelements
- 18
- Wärmeübergang oberes Heizelement
- 19
- Wärmeübergang unteres Heizelement
- 20
- Auffahrtsrichtung des oberen Heizelements
- 21
- Abfahrtsrichtung des unteren Heizelements
- 22
- Oberes Kühlelement
- 23
- Unteres Kühlelement
- 24
- Fahrtrichtung oberes Kühlelement
- 25
- Fahrtrichtung unteres Kühlelement
- 26
- Kühlrichtungswirkung oberes Kühlelement
- 27
- Kühlrichtungswirkung unteres Kühlelement
- 28
- Fahrtrichtung oberes Kühlelement
- 29
- Fahrtrichtung unteres Kühlelement
- 30
- Einfahrrichtung zusätzliche Isolierung
- 34
- Temperatursensor oberes Heizelement
- 35
- Temperatursensor unteres Heizelement
- 36
- Temperatursensor obere Heizplatte
- 37
- Temperatursensor untere Heizplatte
- 38
- Oberes Ausgleichsblech
- 39
- Unteres Ausgleichsblech
- 40
- Kühlung oberes Ausgleichsblech
- 41
- Kühlung unteres Ausgleichsblech
- 42
- Kühlung oberer Druckbalken
- 43
- Kühlung unterer Druckbalken
