DE69633388T2

DE69633388T2 - Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung von warenbahnen

Info

Publication number: DE69633388T2
Application number: DE69633388T
Authority: DE
Inventors: Sharon F Bakalar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: ATE276501T1; US5553391A; CA2223308C; WO1996039604A1; CA2223308A1; JPH11506822A; US5966835A; EP0830553A1; EP0830553B1; US6560893B1; DE69633388D1; EP0830553A4

Description

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Bahnen. Die Erfindung in den neuartigen Zylindern wird im Folgenden am Beispiel von Papiermaschinen beschrieben, weil diese neuartigen Zylinder in diesem Zusammenhang besonderen Wert haben und weil die neuartigen Zylinder Teile für neuartige Papierherstellungsvorrichtungen darstellen. Jedoch ist die Erfindung in einiger Hinsicht auch in anderen Vorrichtungen anwendbar, bei denen eine Materialbahn durch Kontakt mit einem aufgeheizten Zylinder aufgeheizt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Papierherstellungsprozess mit einem Entwässerungssieb beinhaltet eine Abfolge von Verfahrensschritten. Zuerst wird eine wässrige Suspension von Zellulosefasern auf einem Sieb verteilt und ein Teil des Wassers wird abgesaugt. Dadurch wird eine Bahn geformt, die anschließend durch einen oder mehrere aufeinanderfolgende Filze durch eine Anzahl von Walzennips in der Pressenpartie transportiert wird. Der Filz und die geformte Bahn werden in den Walzennips zusammengedrückt, um das Wasser mechanisch herauszupressen. In der gegenwärtigen Praxis verlässt die Bahn die Pressenpartie mit einem Trockengehalt zwischen 35 bis 45%. Die Bahn läuft danach durch eine Trockenpartie, die aus aufgeheizten Zylindern besteht und in der der Wassergehalt der Bahn durch Wasserverdunstung soweit reduziert wird, dass er etwa dem des Fertigpapiers entspricht.
Oftmals folgt der Trockenpartie eine Leimpresse, die von einer Nachtrockenpartie und einem Glättwerk gefolgt wird und mit einer Aufrollung abgeschlossen wird. Die Vor- und Nachtrockenpartien können 60 oder mehr aufgeheizte Zylinder enthalten. Damit das Papier fest gegen viele der aufgeheizten Zylinder gedrückt wird, wird ein Filz verwendet, damit ein Kontakt der Bahn mit der aufgeheizten Oberfläche sichergestellt wird und dadurch eine wirkungsvolle Trocknung bewirkt wird. Die Bahntrocknung ist das Ergebnis der Verdunstung, die durch Wärmeleitung von den Zylindern in die feuchtebeladene fasrige Bahn verursacht wird. Der Begriff „feuchtebeladen" bezieht sich auf alle Formen von Wasser, das mit der Bahn mitgeführt wird, sei es freies Wasser oder Feuchte, die an die Fasern der Bahn gebunden ist.
In den USA ist etwa die Hälfte der Produktion Papierkarton, der in wesentlich dickeren und schwereren Bögen produziert wird als Papier und Zeitungsdruckpapier. Viele Papierkartonmaschinen verwenden in der Nachtrockenpartie keine Filze, weil sie nicht benötigt werden.
Wenn die kalte Bahn in die Trockenpartie einläuft, können Fasern aus der Bahn herausgelöst werden, so dass sie auf den heißen Trockenzylindern haften bleiben. Um diesen Effekt zu unterdrücken, ist die Temperatur der ersten Gruppe von Trockenzylindern relativ niedrig. Die Temperatur von jedem der nachfolgenden Zylinder ist fortschreitend höher, bis die Bahn ausreichend aufgeheizt worden ist, so dass sie einen heißen Trockenzylinder berühren kann, ohne dass „picking" der Fasern auftritt.
Die folgenden Gruppen von Trockenzylindern bewirken eine konstante Trocknungsrate. In diesem Abschnitt kann die Zylindertemperatur gleich sein. Die Papiermaschine enthält auch einen Abschnitt fallender Trocknungsrate, der nach dem Abschnitt konstanter Trocknungsrate folgt. Die Dampftemperatur in den der konstanten Trocknungsrate nachfolgenden Zylindern wird auf 370°F (187°C) erhöht. Dies ist die praktikable obere Grenze für Trockenzylinder, die mit Wasserdampf hohen Druckes erhitzt werden. In der Zone fallender Trocknungsrate fällt die Wasserverdunstungsrate wegen des relativ trockenen Zustandes der Bahn fortwährend ab; in diesem Zustand ist die Bahn ein schlechter Wärmeleiter, so dass die Wärmeübergabe an die Bahn abnimmt.
Der höchste Wasserdampfdruck wird typischerweise am Ende der Trockenpartie verwendet und ein kaskadenförmiges Dampfversorgungssystem liefert Dampf mit reduzierter Temperatur an alle Gruppen von Trockenzylindern, die sich vor dem Ende der Trockenpartie befinden. Es ist kompliziert und teuer, Dampf mit jeweils passendem Druck zur Verfügung zu stellen, so dass eine spezifizierte hohe Temperatur in jedem der Zylinder aufrechterhalten wird. Dies trifft insbesondere zu, wenn Temperaturänderungen gemacht werden müssen.
Dampfbeheizte Zylinder sind sehr schwer, einmal wegen ihrer Größe und zum anderen wegen der großen Wanddicke. Im Allgemeinen werden sie aus Wirtschaftlichkeitsgründen aus Gusseisen hergestellt und ihre Wände sind recht dick; z. B. 1'' bis 2'' (25 mm bis 51 mm) oder mehr, damit sie den hohen inneren Dampfdruck aushalten können. Eine Bahn kann. z. B. 25 ft. (7,6 m) breit sein und benötigt Zylinder, die etwas breiter sind. Die Bahn kann mit 3300 ft./min. (1000 m/min.) oder etwa 37 miles/hr. (60 km/h) laufen. Diese Geschwindigkeit ist eindrucksvoll. Die Trockenpartie umfasst typischerweise 60 Zylinder. Auf jeden Fall sind die Investitionskosten in eine Papiermaschine gewaltig und es wird viel Platz benötigt.
Verschiedene Typen von Papierherstellungsmaschinen weichen von der oben skizzierten ab. Z. B. ist der „Yankeetyp" dadurch charakterisiert, dass er einen Zylinder mit einem sehr großen Durchmesser enthält; z. B. ein Durchmesser von 12 ft. bis 18 ft. (3,6 m bis 5,5 m). In diesem Fall ist die Wanddicke besonders groß, um dem sehr hohen Dampfdruck im Inneren zu widerstehen und um das periodische Abschleifen der Oberfläche zu ermöglichen, damit die Oberflächenglätte wieder hergestellt wird.
Die höchste Temperatur eines jeden dampfbeheizten Zylinders wird durch den zugehörigen Dampfdruck begrenzt, der sicher im Inneren des Zylinders verwendet werden kann. Maximale innere Dampftemperatur eines Trockenzylinders (siehe oben) ist etwa 370°F (187°C), wegen Rücksichtnahme auf den hohen Dampfdruck. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass höhere geregelte Temperaturen – falls möglich – den Trocknungsprozess beschleunigen würden und die Zahl der benötigten Trockenzylinder wesentlich reduzieren würden.
Die Trockenpartien von Papiermaschinen werden weltweit fast ausschließlich mit Hochdruckdampf beheizt. Deshalb ist es angemessen, solch eine Vorrichtung mehr im Detail zu betrachten, da sie als Grundlage dient, um den Fortschritt im Stand der Technik zu verstehen, der durch die vorliegende Erfindung erreicht wird.
Wie oben bemerkt, wird die Temperatur in einem Trockenzylinder in einer Papiermaschine nicht dadurch bestimmt, was vom Gesichtspunkt der Leistung wünschenswert wäre, sondern durch die Begrenzungen der Zylinder, die mit Hochdruckdampf beheizt werden und die mit Sicherheit die hohen Drucke aushalten müssen. Dies wird durch die große Zahl von Trockenzylindern belegt, die bei Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen benötigt werden oder durch die begrenzte Maschinengeschwindigkeit mit Niedertemperaturzylindern, die die Trocknung durchführen. Zylinder, die mit Dampfdruck beheizt werden, haben noch andere wesentliche Beschränkungen.
Die äußere Oberfläche eines dampfbeheizten Zylinders reagiert langsam auf Dampfdruckänderungen. Die langsame Reaktionszeit wird z. B. durch die vielen Minuten belegt, die benötigt werden, um die Papiermaschine nach einem Kaltstart auf volle Produktionsgeschwindigkeit zu bringen. Es wird auch durch die Verzögerung belegt, mit der die Oberflächentemperatur eines Zylinders auf Dampfdruckänderungen reagiert.
Es ist praktisch unmöglich, die Temperatur einer Zylinderwand von einem Punkt zum andern in Bahnquerrichtung zu ändern, um ein gewünschtes Temperaturprofil über die zu trocknende Bahn einzustellen. Es ist allgemein bekannt, dass Dampftrockenzylinder an den Rändern heißer sind, da dort kein feuchtes Papier anliegt, um die thermische Energie aus der Zylinderwand und von den Zylinderstirnflächen zu absorbieren. Komplizierte und umständliche Vorrichtungen wurden vorgeschlagen, in dem Bemühen, die sonst exzessiven Zylindertemperaturen am Rande der Bahn auszugleichen. Diese Vorrichtungen hatten den Zweck, das Krümmen des Bahnrandes (Randcurling) zu beeinflussen, das durch die nicht behinderte und übermäßige Trocknung am Bahnrand erzeugt wird. Jedoch wurde kein einfacher praktikabler Weg gefunden, um das Maschinen-Temperaturquerprofil eines dampfdruckbeheizten Zylinders zu variieren.
Das Bahnfeuchtequerprofil einer Bahn, die aus der Haupttrockenpartie einer Maschine ausläuft, die Papier und Papierkarton herstellt, tendiert dazu, ungleiche Feuchte nicht nur an den Bahnrändern, sondern auch an anderen Stellen über die Bahnbreite verteilt zu entwickeln. Das wird durch akkumulierende Effekte in der Sieb-, Pressen- und Trockenpartie verursacht. Eine Bahn mit feuchten Streifen ist schlecht geeignet, um mit Leimflotte beschichtet zu werden; Feuchteunterschiede der Bahn verursachen Strichunterschiede der Bahn. Auch hat eine Bahn, deren Feuchtequerprofil ungleichmäßig ist, die Tendenz, sich auch beim Glättprozess ungleichförmig zu verhalten.
Die oben angeführten und andere Eigenschaften einer Maschine zur Herstellung von Papier oder Papierkarton, die Dampfdrucktrockenzylinder hat, werden durch einige Eigenschaften der Zylinderwand beeinflusst. Der Wärmeübergang vom Dampf an die äußere Oberfläche des Zylinders, die in Kontakt mit der Bahn steht, wird durch viele Faktoren, die die folgenden einschließen, bestimmt:

a) Die beträchtliche Dicke der Zylinderwand, die für den hohen Dampfdruck benötigt wird, der zu einer hohen Dampftemperatur gehört, wobei anzumerken ist, dass die tatsächliche Wanddicke um einen Sicherheitsfaktor 2,8 größer ist als theoretisch benötigt, um dem Dampfdruck zu widerstehen;
b) Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen, das übliche Material, das für die Zylinderwand verwendet wird, anstelle eines teureren Materials mit höherer Wärmeleitfähigkeit;
c) Ein Kondensatfilm, der sich bildet und durch die Zentrifugalkräfte über die Zylinderinnenwand verteilt wird;
d) Einen Belag, der sich auf der Zylinderinnenfläche ausbildet; und
e) Ein Temperaturabfall, der benötigt wird, um durch Kondensation Wärme aus dem Dampf zu gewinnen.

Die Temperaturdifferenz zwischen Dampftemperatur und der äußeren Zylindertemperatur stellt einen Energieverlust dar.
Die enorme Masse der Zylinderwand und das hohe Trägheitsmoment benötigen eine große installierte Antriebsleistung und entsprechend hohe Energiekosten, um die Maschine anzutreiben.
Die obigen Faktoren, die die Energieübertragung beeinflussen, zuzüglich der thermischen Trägheit der massiven Zylinderwand tragen zu einer langen Reaktionszeit der dampfbeheizten Zylinder bei. Dieselben Faktoren begrenzen die Geschwindigkeit und die Produktivität der Maschine.
In Notfällen – wie z. B. Papierabrissen – wird der Trockenprozess unterbrochen und oft versagen die Dampfventile und reagieren nicht schnell genug, wodurch die Trockner mit Kondensat unterschiedlicher Füllstandshöhe gefüllt werden. Die große thermische Trägheit der dampfbeheizten gusseisernen Zylinder mit ihren dicken Zylinderwänden bewirkt eine lange Verzögerungszeit, wenn die Trockner Wartung oder Reinigung benötigen.
Die Kenntnis der Probleme und Beschränkungen von Dampf als Heizquelle in Trocknern für Papiermaschinen hat Vorschläge begünstigt, um andere Heizmittel zu verwenden.
Es wurde vorgeschlagen, dass Trockenzylinder in Papiermaschinen intern elektrisch beheizt werden sollten; aber Elektrizität ist außerordentlich teuer.
Es wurde auch vorgeschlagen, dass ein Trockenzylinder für eine Papierherstellungsapparatur mit einer Flamme innerhalb des Zylinders beheizt werden sollte. Der Wärmeübergang von den gasförmigen Verbrennungsprodukten an den Zylinder benötigt ausgedehnte Flächen von Metall, das den heißen Gasen ausgesetzt ist und benötigt eine wirkungsvolle Abführung der Verbrennungsprodukte, nachdem die Wärme herausgezogen wurde, so dass der benötigte Raum zur Verfügung steht, der die neuen Verbrennungsgase aufnehmen muss. Siehe Hemsath u. a., U.S. patent No. 4.693.015 erteilt 15. September 1987, Calhoun U.S. patent No. 2.987.305 erteilt 6. Juni 1961, Roth U.S. patent No. 4.498.864 erteilt 12. Februar 1985, and Bourrel u. a., U.S. patent No. 3.729.180.
U.S. patent No. 4.688.335 erteilt 25. August 1987 an Krill u. a. legt die Verwendung eines gasbeheizten Hitzestrahlgenerators offen, um einen Zylinder zu beheizen, der auf eine Faserbahn einwirkt, die mit einem Filz gegen den Zylinder gedrückt wird und eine Presswalze hat, wenn die Bahn einen großen Wassergehalt hat. Der Brenner von Krill u. a. hat die Form einer keramischen Fasermatrix, die die Form einer Zylinderwand hat. Die zylindrische Fasermatrix soll die Zylinderwand auf ihrem gesamten Umfang gleichförmig heizen. Ein Brennstoffluftgemisch wird in das Innere der Wand geführt. Die Mischung brennt, wenn sie überall aus der Wand austritt. Im Unterschied zu Hemsath – siehe oben – wird die Verbrennungsenergie bei Krill u. a. für die Erzeugung von Strahlungswärme verwendet. Der aufgeheizte Zylinder, der in Kontakt mit der Bahn steht, hat bei Krill u. a. eine Arbeitstemperatur von 600°F bis 800°F (315°C bis 427°C). Diese Hitze ist so intensiv, dass ein Teil des freien Wassers zwischen den Fasern der Bahn in Dampf umgewandelt wird, wodurch anderes freies Wasser durch und aus der Bahn geblasen wird. Dieser Prozess wird deshalb „Impulstrocknung" genannt. Obwohl das zugeführte Brennstoffluftgemisch einstellbar ist, wird die Verringerung des Brennstoffluftgemisches durch die niedrigste Rate limitiert, die benötigt wird, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Wenn man bedenkt, dass der Brennertyp der von Krill u. a. verwendet wird, die Form eines Zylinders hat, um die Strahlungshitze zu erzeugen, sieht man, dass die Hitzeabgabe für eine übliche Trockenpartie in einer Papiermaschine viel zu groß ist, selbst wenn die Brennstoffluftgemischzufuhr auf ein Minimum eingestellt wird. Des weiteren, wenn die Temperatur der Zylinder reduziert würde, indem das Brennstoffluftgemisch angepasst würde, um eine geeignete Betriebstemperatur bei voller Betriebsgeschwindigkeit der Maschine zu erreichen, wäre – falls überhaupt möglich – eine weitere Verringerung, um noch niedrigere Zylindertemperaturen zu erreichen, nur möglich, wenn man die Maschine bei geringerer Geschwindigkeit betreibt.
Krill u. a. verweisen auf eine frühere Form eines Impulstrockners, der in dem U.S. Patent No. 4.324.613 beschrieben wird und das an Wahren erteilt wurde. Bei Wahren wird ein externer Infrarotbrenner verwendet, um einen äußeren Bogenabschnitt eines Zylinders auf eine hohe Temperatur zu erhitzen. Die neugeformte Bahn mit ihrem hohen Feuchtegehalt wird einem intensiven Druck zwischen Presswalzen und der Zylinderoberfläche des gerade aufgeheizten Zylinderabschnitts ausgesetzt, um eine Impulstrocknung zu bewirken. Die heiße Oberfläche des Zylinderabschnittes wird bei diesem Prozess direkt abgekühlt und anschließend wird er wieder durch den externen Infrarotbrenner während der fortwährenden Rotation aufgeheizt. Die Außenfläche des Zylinders besteht aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, damit die Wärme für die Übergabe an die feuchte Bahn erhalten wird und die temperaturreduzierende Wärmeableitung von der aufgeheizten Oberfläche vermieden wird.
In den üblichen Maschinen für die Herstellung von Papier oder Papierkarton wird die feuchte Faserbahn durch Verdunstung getrocknet. Die Bahn wird abwechselnd gegen eine große Oberfläche von vielen dampfbeheizten Zylindern gedrückt. Obwohl Alternativen für das Beheizen der Trockenzylinder in Maschinen zur Herstellung von Papier und Papierkarton vorgeschlagen wurden, bleiben die dampfbeheizten Zylinder das im Allgemeinen akzeptierte Heizmittel.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend einem ersten Merkmal der Erfindung wird eine Vorrichtung für die Wärmebehandlung von Bahnen spezifiziert, die aus einem Zylinder besteht, der für die Rotation um eine horizontale Achse montiert ist, und eine äußere Oberfläche zur Einwirkung auf eine Bahn hat, die wärmebehandelt werden soll und eine innere, besonders wärmeabsorbierende Oberfläche, einen Antrieb zum Drehen des Zylinders und im Inneren des Zylinders eine stationäre Struktur mit einer Infrarotstrahleranordnung, die im wesentlichen von einer Stirnseite des Zylinders bis zur anderen Stirnseite des Zylinders reicht, wobei diese besagte Infrarotstrahleranordnung so gestaltet ist, dass sie einen Emitter mit gasdurchlässigem Material und eine Kammer hinter dem Emitter hat und die Vorderseite bzw. die Verbrennungsoberfläche des Emitters dadurch charakterisiert ist, dass sie im Betrieb glüht und dass diese besagte Verbrennungsoberfläche der besagten inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche gegenübersteht, aber von ihr durch einen Raum für die Aufnahme der Verbrennungsgase getrennt ist und dass die Fläche der besagten Verbrennungsoberfläche so begrenzt ist, dass sie wesentlich kleiner als die wärmeabsorbierende innere Oberfläche ist, so dass nur die innere Oberfläche des Zylinders augenblicklich aufgeheizt wird, die der besagten Verbrennungsoberfläche gegenübersteht, so dass während der Rotation des Zylinders die gesamte innere Oberfläche des Zylinders durch die Strahlung von der besagten Verbrennungsoberfläche des Emitters aufgeheizt wird und dass die Wärme, die sich möglicherweise in der stationären Struktur akkumulieren und potentiell zur Überhitzung der besagten stationären Struktur während des Betriebes der Vorrichtung führen könnte, durch wärmeabsorbierendes Material (56a, 56b, 56c) – dass die äußere periphere stationäre Struktur (S) bedeckt – daran gehindert wird, und dass mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche, der durch die Infrarotstrahleranordnung eingenommen (38, 38a) wird und mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche (34b), der für die Abführung der Abluftgase offengelassen wird, der besagte Hitzeschutz der besagten inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) gegenübersteht, um die Wärme zu unterbrechen, die gegen die besagte innere stationäre Struktur von der besagten wärmeabsorbierenden Oberfläche(20b) zurückgestrahlt werden könnte.
Entsprechend einem zweiten Merkmal ermöglicht die Erfindung die Wärmebehandlung einer Bahn, deren Bahnverlauf teilweise um einen Zylinder herum erfolgt und die in Kontakt mit einem aufgeheizten rotierenden Zylinder steht und sich teilweise mit ihm bewegt, wobei der Zylinder durch eine innere stationäre Infrarotstrahleranordnung beheizt wird, die sich von der einen Zylinderstirnseite bis zur anderen Zylinderseite erstreckt und deren Ausdehnung um den Zylinderumfang begrenzt ist, um eine vorher bestimmte, benötigte, begrenzte Kapazität zu haben, mit dem Zylinder der Bahn Wärme zuzuführen, wenn die Zufuhrrate des Brennstoff-Luftgemisches zu der Infrarotbrenneranordnung zumindest nahe dem Maximum ist, das heißt, nahe der Zufuhrrate, bei der sich die Gasflamme von der Emitteroberfläche beginnt abzuheben, wobei das beschriebene Verfahren die Rotation des Zylinders bei einer routinemäßigen Maximalgeschwindigkeit einschließt, um die Bahn bei einer routinemäßigen maximalen Rate wärmezubehandeln, während der Zylinder in Kontakt mit der Bahn ist, wobei die Infrarotbrenneranordnung mit der dafür benötigten Rate des Brennstoff-Luftgemisches versorgt wird, und dass bei Bahngeschwindigkeitsreduzierung auch die Zylinderrotationsgeschwindigkeit und entsprechend auch die Zufuhrrate des Brennstoff-Luftgemisches zu der Infrarotstrahleranordnung von der Zufuhrrate nahe dem Maximum bis zu der Zufuhrrate nahe dem Minimum reduziert wird, bei der noch eine Verbrennung stattfinden kann.
Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung haben verschiedene Anwendungen, aber ihre Eigenschaften haben in der Papiermaschine unterschiedliche Gewichtung.
Die Verwendung von Infrarotbrennern, die sich von einer Zylinderstirnseite bis zur anderen Zylinderstirnseite erstrecken, die aber nur eine begrenzte bogenförmige Ausdehnung haben, ist ein Merkmal der Erfindung, das tiefgreifende Implikationen hat. Es ermöglicht die Konstruktion eines Zylinders, der eine spezifizierte maximale Betriebstemperatur entwickelt und in gleicher Weise ermöglicht es die Konstruktion von aufeinander folgende Gruppen von Zylindern, die entweder dieselbe spezifizierte Betriebstemperatur oder andere davon verschiedene spezifizierte Betriebstemperaturen haben, die von Zylinder zu Zylinder ansteigen oder abnehmen, wie es für die Wärmebehandlung des Materials benötigt wird. Diese Eigenschaft der neuartigen Zylinder ist insbesondere in Papiermaschinen wertvoll, in denen die Trockenzylinder in Gruppen nach zunehmender, konstanter oder fallender Wasserverdunstungsrate zusammengefasst werden. Die Infrarotbrenneranordnungen in den Zylindern sind so ausgelegt, dass sie die zugehörigen Betriebstemperaturen bei voller Produktionsgeschwindigkeit der Zylinder mit der maximalen Brennstoffluftgemischzufuhr ermöglichen. In den Zonen, wo die Verdunstung mit fallender Rate stattfindet, sollten die aufeinander folgenden Zylinder schrittweise eine höhere Wärmeabgabe haben, so dass sie ihre Wirksamkeit als Trockner trotz der zunehmenden Trockenheit und der schlechteren Wärmeleitung vom Zylinder in die Bahn beibehalten.
Jeder neuartige Zylinder (und mehrere Zylinder in einer Maschine) hat die Kapazität über einen weiten Bereich von Temperaturen betrieben zu werden, von einer maximalen Temperatur abwärts oder zu einer maximalen Temperatur aufwärts, in dem seine Brennstoffluftgemischzufuhrrate angepasst wird. Diese Eigenschaft ist in Trockenzylindern von Papiermaschinen wichtig, wenn der Sollwert von einer Betriebsgeschwindigkeit reduziert wird und wenn die Betriebsgeschwindigkeit bis zu einem Sollwert vergrößert wird.
Die Infrarotbrenner eines neuartigen Zylinders werden mit einem brennfähigen Brennstoffluftgemisch versorgt, das üblicherweise eine stöchiometrische Mischung des Brennstoffluftgemisches ist. Infrarotbrenner haben typischerweise die ausgezeichnete Eigenschaft, einen großen Teil ihrer Verbrennungsenergie in Infrarotstrahlung umzuwandeln; das ist ein klarer Unterschied zu Brennern, die auf Kontakt-Wärmeübertragung der heißen Verbrennungsgase an die aufzuheizenden Oberflächen beruhen. Es sind verschiedene Formen von Infrarotbrennern bekannt, solche die poröse keramische Emitter haben, solche die gesinterte Metallemitter haben, Metalldrahtemitter und selbst Keramikplatten, die diskrete Öffnungen haben. Die Form der Infrarotbrenner, die für die vorliegenden Zwecke am besten geeignet sind, sind jene, die auf der Technologie einer ganzen Reihe von Patenten beruhen, die an Thomas M. Smith erteilt wurden; z. B. Patent No. 4.722.681, erteilt 2. Februar 1988. Siehe auch Derr und andere U.S. Patent No. 5.464.346, erteilt vor kurzem am 7. November 1995. Solche Infrarotbrenner besitzen als Emitter eine poröse Matrix von Keramikfasern mit Bindern. Die Matrix enthält vorzugsweise Material, das aus Siliconkarbidteilchen besteht, um den Wirkungsgrad der Infrarotstrahler zu vergrößern.
Der Smith-Brenner ist als „instant-off" Brenner bekannt. Eine Person kann ihre Hand ca. eine Sekunde nach einem Not-Aus auf die Strahleroberfläche legen, die zuvor noch glühte. Diese schnelle Reaktionszeit und die geringe Wärmespeicherung des Materials für die Rückstrahlung in die übrige Struktur des stationären Heizkerns besitzen eine geringe Masse für die thermische Speicherung gegenüber der Zylinderwand. Bei einem Stillstand kühlt das Material schnell ab; das Abkühlen wird durch die Abfuhr der Abluft verbessert. Da die Zylinderwand keine Wärme von der Heizquelle erhält, kühlt die Zylinderwand im Vergleich zu dampfbeheizten Zylindern schnell ab. Diese schnelle Abkühlzeit verkürzt Stillstände und erleichtert irgendwelche nötigen Wartungsarbeiten an den Trocknern.
Die Infrarotbrenner können über einen Bereich von Brennstoffluftgemischen betrieben werden. Über den gesamten Bereich, in dem die Versorgung variiert werden kann, findet die Verbrennung an oder kurz unter der Austrittsfläche des gasdurchlässigen Emitters statt, so dass die Oberfläche des Emitters bis zum Glühen erhitzt wird. Wenn die Versorgungsrate das Maximum überschreitet, hebt sich die Flamme von der Austrittsfläche des Emitters ab; wenn die Versorgung unter ein Minimum fällt, tendiert die Verbrennung dazu, sich in die Versorgungsfläche des gasdurchlässigen Emitters zurückzuziehen und die Verbrennung erlischt. Es besteht die Möglichkeit des Flammenrückschlages; die Verbrennung der brennfähigen Brennstoffluftgemischzufuhr kann hinter dem Emitter stattfinden. Die Matrixzusammensetzung in den Patenten von Smith ist so ausgewählt, dass ein Flammenrückschlag verhindert wird.
Charakteristischerweise ist die Wärmeabgabe eines Infrarotbrenners einer beliebigen Konstruktion direkt von seiner Oberfläche abhängig. Die Wärmeabgabe eines gegebenen Infrarotbrenners wird vergrößert, indem man die Zufuhrrate des brennfähigen Gemisches bis zu einer maximalen Rate erhöht. Infrarotbrenner können üblicherweise so betrieben werden, dass sie eine einstellbare Wärmeabgabe erzeugen können. Es ist wichtig, dass man die Temperatur und die zugehörige Wärmeabgabe eines Zylinders und entsprechend seines Infrarotbrenners verringern kann, wenn z. B. die Papiermaschine verlangsamt wird.
Wie noch gezeigt wird, gibt es Bedingungen, bei denen die Brennstoffluftzufuhr zu einem Infrarotbrenner etwas angepasst wird, um seine Wärmeabgabe zu ändern, während die Maschine mit voller Betriebsgeschwindigkeit läuft. Wie unten angemerkt, wird ein Anteil des Runterfahrvermögens der Infrarotbrenner eines Zylinders vorteilhaft für die Regelung der Maschinenquerprofile verwendet. Jedoch ist es wünschenswert, den größten Teil des Runterfahrvermögens von den Infrarotbrennern des Zylinders dafür zu verwenden, wenn die Geschwindigkeit der Maschine reduziert wird. Entsprechend sollte die Fläche der Infrarotbrenneranordnung an die maximale oder nahe der maximalen Rate der Brennstoffluftgemischzufuhr angepasst werden. Dies wiederum wird erreicht, indem die bogenförmige Ausdehnung der Infrarotbrenner von irgendeinem speziellen Design und Wirkungsgrad festgelegt wird. Die Begriffe „Anordnung von Infrarotbrennern" und „Infrarotbrenneranordnung" beziehen sich auf alle Infrarotbrenner, mit denen ein Zylinder ausgerüstet ist. Der Begriff „bogenförmig" bedeutet um den Zylinder; „ausgedehnt" bedeutet eine lineare Dimension, nicht eine Anzahl von Dimensionen, so dass „ausgedehnt" sich auf die Breite der Infrarotbrenner oder auf ihre aufsummierten Breiten bezieht, falls mehrere Reihen von Infrarotbrennern verwendet werden.
Infrarotbrenner können in Form von mehreren Sektionen hergestellt werden. Jeder Brenner kann sein eigenes Brennstoffluftversorgungsventil haben. Obwohl jedoch Mehrfach-Sektionsbrenner in dem weiter unten dargestellten Einbau der Erfindung vorteilhaft verwendet werden können, ist es auch möglich, Infrarotbrenner zu verwenden, die nicht die Form von Mehrfach-Sektionsbrennern haben. Z. B. könnte einer oder mehre Infrarotbrenner verwendet werden – falls geeignet – die sich von einer Zylinderstirnseite zur anderen erstrecken anstelle einer Reihe mit vielen Sektionsbrennern.
Wenn man Mehrfach-Sektionsbrenner verwendet, kann in einer Maschine, die diese Erfindung enthält, die Temperatur eines Trockenzylinders selektiv in kreisförmigen Streifen geregelt werden, um sich an andere Streifen an anderen Stellen des Zylinders anzupassen oder sich davon zu unterscheiden, um ein gewünschtes „Temperaturprofil" über die Breite der zu behandelnden Bahn zu erzeugen. Die Ränder der Trockenzylinder, die mit Dampf beheizt werden, sind im Allgemeinen heißer als die Zylinderwand. Dies verursacht, dass die Ränder der Bahn sich aufwölben „edge curl". In einer Ausführungsform der Erfindung kann „edge curl" durch entsprechende Anpassung der Brennstoffluftzufuhr an die Mehrfach-Sektionsbrenner am Rande des Zylinders geregelt werden. Insbesondere haben die Ränder eines Zylinders, der mit Infrarotstrahlern beheizt wird, die Tendenz in Form eines flankenförmigen Temperaturabfalls abzukühlen, verursacht durch verringerte Wärmezufuhr der Brenner zu dem Zylinder oder verursacht durch Wärmeverluste an den Zylinderstirnflächen. Es können im Vorhinein verschiedene Infrarotbrennerabschnitte gewählt werden, um zu erwartende Temperaturabweichungen, insbesondere die Temperaturabweichungen an den Zylinderrändern, zu kompensieren. Diese Kompensation kann man auch während des Betriebes erreichen, indem man die Brennstoffluftgemischzufuhr an die Sektion der IR-Brenner an den Zylinderrändern – oder irgendwo sonst, so wie benötigt – in einem begrenzten Rahmen anpasst. Jedoch ist es „wie bereits bemerkt" wünschenswert, den größten Teil des Regelbereiches der Brennstoffluftgemischzufuhr zu den Infrarotbrennern zu verwenden, wenn die Geschwindigkeit der Maschine geändert wird.
Das Ausstatten der Trockenzylinder mit unterteilten Infrarotbrennern, die separate Brennstoffluftzufuhrregler haben, stellt ein ausgezeichnetes Verfahren dar, um gewünschte Profile für die Wärmeabgabe entlang der Bahnbreite zu erzeugen. Die Vorrichtung kann einen Scanner oder mehrere fest eingebaute Sensoren besitzen, die mit den zugehörigen Brennermodulen innerhalb des Zylinders zusammenarbeiten. Die Reihe von Sensoren oder dem Scanner ist nach dem Zylinder eingebaut, der die mit dem Sensor geregelten Brenner besitzt; es reagiert auf den Feuchtegehalt des zugehörigen Bahnbreitenabschnitts. Der Sensor oder die Sensoren regeln die Brennstoffluftgemischzufuhr zu den einzelnen Modulen, um einen spezifizierten Feuchtegehalt in diesem Bahnbreitenabschnitt aufrechtzuerhalten.
Eine Vorrichtung, die diese Erfindung enthält, kann ferner einen Abluftkanal besitzen, dessen Auslegung darauf abzielt, das Ansammeln von heißen Abluftgasen, die das Quermaschinentemperaturprofil des Zylinders stören können, zu verhindern. Das ist von besonderem Interesse in einer Papiermaschine, die Zylinder enthält, die sehr breit sind. Auch wenn man bedenkt, dass Infrarotbrenner einen großen Teil der Verbrennungswärme in Infrarotstrahlung umwandeln, sind die Verbrennungsabgase von Infrarotbrennern sehr heiß. In einem horizontalen Zylinder, der durch Infrarotstrahler geheizt wird, die sich von einer Stirnseite zur anderen des Zylinders erstrecken und die eine begrenzte bogenförmige Ausdehnung haben, verbleibt ein bogenförmiger Raum in dem Zylinder, der nicht von Infrarotbrennern ausgefüllt wird. In einer Vorrichtung, die diese Erfindung enthält, ist ein Abluftkanal in diesem bogenförmigen Raum oberhalb der Infrarotbrenner eingebaut und erstreckt sich von einer Stirnseite des Zylinders zur anderen. Das Abluftgas von den Infrarotbrennern wird durch sein Auftriebsvermögen stark nach oben getrieben. Die Auslegung des Abluftkanals ist so gewählt, dass sie jeglicher Tendenz des Abluftgases entgegenwirkt, höhere Temperaturen an einigen Stellen entlang des Zylinders zu entwickeln.
Nachdem der Teil des Zylinders, der gerade aufgeheizt wurde, die Infrarotbrenner verlässt, strahlt die neu aufgeheizte Fläche des Zylinders Wärme ins Innere des Zylinders. In der Vorrichtung, die diese Erfindung enthält, sind Hitzeschutzschilde um das Zylinderinnere in den Bereichen eingebaut, die nicht durch die Infrarotstrahler oder den Abluftkanal ausgefüllt werden. Diese Schilde werden heiß und strahlen Wärme nach außen gegen den Zylinder zurück, wo die zurückgestrahlte Wärme wieder von dem Zylinder absorbiert wird.
Die Hitzeschutzschilde haben eine weitere Funktion in dem neuartigen Zylinder, der durch Infrarotbrenner beheizt wird. Es gibt einen radialen Freiraum zwischen der rotierenden Zylinderwand und den stationären Hitzeschutzschilden. Dieser Raum bildet einen Durchgang für die heißen Abgase, die von den Infrarotbrennern emittiert werden; die Hitzeschutzschilde lenken die aufsteigenden Abluftgase zu den Abluftverteilern. Das Auftriebsvermögen des heißen Abluftgases ist an allen Punkten entlang des Zylinders stark und bildet ein wirkungsvolles Mittel, um das heiße Abluftgas von den Brennern entlang der gesamten Länge des Zylinders abzuführen.
Die neuartigen Zylinder mit ihren Infrarotbrennern haben viele deutliche Vorteile gegenüber dampfbeheizten Zylindern, wie sie üblicherweise in der Trockenpartie von Papiermaschinen verwendet werden. Im Gegensatz zu dampfbeheizten Zylindern, bei denen die maximale Temperatur in der Praxis durch die Wanddicke des Zylinders, die den Sicherheitserfordernissen für dampfbeheizte Zylinder genügen muss, beschränkt ist, wird die bei dem neuartigen Zylinder erreichbare Temperatur in keiner Weise durch die Wanddicke des Zylinders beschränkt. Die Wand der neuartigen Zylinder kann vergleichsweise dünn und leicht sein, sie muss nur die mechanischen Ansprüche erfüllen; und sie können aus einem Material hergestellt werden, dass nach seiner hervorragenden thermischen Wärmeleitung ausgewählt wird. Die Infrarotbrenner können schnell an die wechselnde Betriebstemperatur des Zylinders angepasst werden und die Zylinderwand verlangsamt nicht wesentlich den Wärmeübergang von den Brennern an die äußere Oberfläche. Die vergleichsweise dünnen und leichten Zylinder sparen Antriebsleistung und Energie für den Antrieb. Die Infrarotbrenner, die sich von einer Stirnseite des neuartigen Zylinders zur anderen Stirnseite erstrecken, können Sektionsbrenner enthalten, deren Brennstoffluftgemischzufuhr selektiv und variabel geregelt wird, um ein gewünschtes Temperaturprofil der Bahn, die aufgeheizt wird, in Bahnquerrichtung zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, ein Ergebnis, das man nicht einfach mit dampfbeheizten Zylindern erreichen kann. Die neuartigen Zylinder sind frei von all den Problemen und Folgen des Kondensats, die dampfbeheizte Zylinder charakterisieren. Die Kosten und die Wartung von Hochdruckdampfventilen sind eliminiert. Die neuartigen Zylinder ermöglichen die Reduktion der benötigten großen Zahl von Zylindern, die bisher mit Dampf beheizt wurden oder eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit und der Produktivität einer Papiermaschine oder sowohl eine Reduktion in der Zahl der Zylinder und eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit. Eine große Zahl von dampfbeheizten Zylindern in dem mehr verbreiteten Typ von Papiermaschine kann durch eine kleinere Zahl der neuartigen Zylinder, die auf höhere Temperaturen beheizt werden, ersetzt werden. Alternativ kann eine Papiermaschine, die viele Zylinder hat, durch Verwendung von Zylindern, die für höhere Betriebstemperaturen als dampfbeheizte Zylinder ausgelegt sind, mit einer viel höheren Bahngeschwindigkeit und einer wesentlich erhöhten Produktionsmenge betrieben werden.
Das Phänomen des „pickings" wurde oben erwähnt. Eine Bahn, die aus der Pressenpartie einer Papiermaschine ausläuft, ist normalerweise kalt. Wenn diese kalte Bahn auf einen heißen Trockenzylinder treffen würde, würde vermehrt picking auftreten; Fasern würden aus der Bahn herausgelöst und auf der heißen Zylinderoberfläche haften bleiben. Die neuartigen Trockenzylinder können leicht so konstruiert werden, dass sie bei relativ niedrigen und schrittweise zunehmenden Temperaturen betrieben werden, die so gewählt werden, dass die Temperaturdifferenz zwischen der einlaufenden Bahn und jedem Zylinder, der in Kontakt mit der fortschreitend wärmeren Bahn steht, verringert wird und dadurch das picking unterdrückt wird. Die Zahl der neuartigen mit Infrarotbrennern beheizten Zylinder, die so bemessen ist, dass sie bei den gewünschten niedrigen Temperaturen arbeiten, kann durch geeignete Anpassung ihrer Infrarotbrenneranordnung begrenzt werden. Es existiert eine ähnliche Schwierigkeit an der Stelle, wo eine Bahn mit Leimflottenauftrag in die Nachtrockenpartie einläuft. Die Leimflotte kühlt die Bahn. Ein externer Infrarotbrenner ist dafür vorgesehen, Wärme direkt der Bahn zuzuführen, um das Setzen oder Gelieren der Leimflotte zu bewirken. Trotzdem würde die mit Leimflottenauftrag versehene Bahn dazu tendieren, an den ersten paar Nachtrockenzylindern zu haften, ein Effekt, der durch das Bereitstellen kühlerer Zylinder am Beginn der Nachtrockenpartie unterdrückt wird, was leicht durch die geeignete Auslegung der Infrarotbrenneranordnung der neuartigen Zylinder erreicht wird, um die gewünschten niedrigen Betriebstemperaturen zu erzeugen.
Wenn die Bahn die Vortrockenpartie verlässt und in die Leimpresse oder die Streichstation einläuft, sollte die Bahn ein geringes und gleichförmiges Maschinenquerprofil besitzen.
Wenn man nur Dampfzylinder verwendet, wird die Bahn häufig bewusst übertrocknet, um einen sehr geringen Feuchtegehalt zu erreichen, um sicherzustellen, dass die höchste Bahnfeuchte in Querrichtung unter dem höchsten Wert von 4 bis 6% Bahnfeuchte ist. Dies wird an der Auslaufzone im Bereich fallender Verdunstung erreicht. Das Übertrocknen wird inkonsequenterweise durchgeführt, um das ungleichförmige Bahnfeuchtequerprofil zu verbessern. Es werden jedoch viele zusätzliche Trockenzylinder benötigt, um die letzten Prozente an Feuchte zu verringern. Als weitere Maßnahme um gleichförmigen Strichauftrag zu erreichen, wird die Bahn direkter Strahlung von den unterteilten Infrarotbrennern ausgesetzt, die in Bahnquerrichtung verteilt sind; diese externen Infrarotbrenner sind vor der Leimpresse installiert und werden über einen Feuchtesensor, der in Bahnquerrichtung traversiert, geregelt. Diese Korrektur eines ungleichförmigen Bahnfeuchtequerprofils wird wirkungsvoller und ohne extra Platzbedarf durch einen neuartigen Zylinder, der mit internen unterteilten Brennern ausgestattet und durch einen Feuchtesensor in Bahnquerrichtung geregelt wird, erreicht.
Eine ähnliche Trocknungsbedingung tritt am Eintritt der Bahn in den Glättzylinder auf. Ein ungleichförmiges Bahnfeuchtequerprofil kann die Produktion verlangsamen und es tendiert dazu, ein ungleichförmiges Glätten der Bahn zu erzeugen. Wenn an der Bahn am Auslauf der Trockenpartie keine Korrektur durchgeführt wird, hat die Bahn am Auslauf der Nachtrocknung die kombinierten Ungleichförmigkeiten von Bahnfeuchtequerprofil und Leimflottenauftrag oder Strichauftrag, die sich aufaddieren.
Bis zu einem gewissen Grad wirkt der konduktive Wärmeaustausch zwischen einem Trockenzylinder und einer feuchten Bahn vergleichmäßigend auf das Bahnfeuchtequerprofil ein; mehr Wärme wird in die kälteren oder nasseren Bereiche der Bahnoberfläche übertragen. Der neuartige Trockenzylinder kann so ausgelegt werden, dass er mit höheren Temperaturen betrieben wird als es für dampfbeheizte Trockenzylinder möglich ist. Höhere Betriebstemperatur erzeugt Gleichförmigkeit der Trocknung in Bahnquerrichtung auf Grund des ausgleichenden Effekts des konduktiven Wärmeaustausches. Wenn die neuartigen Trockenzylinder so ausgelegt werden, dass sie bei höherer Temperatur als dampfbeheizte Trockenzylinder betrieben werden, erzeugen sie nicht nur eine schnellere Trocknung, sondern sie können auch Bahnfeuchtequerprofilregelung für besonders streifige Bahnen bereitstellen. Mehrere dieser neuartigen Zylinder, die die dampfbeheizten Zylinder ersetzen – sowohl am Ende der Zone fallender Trockenrate der Vortrockenpartie als auch am Auslauf der Nachtrockenpartie – können eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit und Feuchtequerprofilregelung bereitstellen, die deutlich über der Leistung der gegenwärtig im Einsatz befindlichen externen Infrarotquerprofilregelungen liegen. Der Austausch externer Infrarotquerprofilregelungen kann wertvollen Maschinenproduktionsplatz freisetzen oder er kann Platz freimachen, um andere Produktionsausrüstungen einzubauen. Wenn Platz zur Verfügung steht, kann natürlich der Infrarotbrenner eines neuartigen Trockenzylinders mit unterteilten Infrarotbrennern ausgestattet werden, die durch einen Bahnfeuchtequerprofilsensor geregelt werden.
Die neuartigen Zylinder können charakteristischerweise leicht so ausgelegt werden, dass sie (bei voller Bahngeschwindigkeit und mit maximaler Brettstoffluftgemischzufuhr zu den Infrarotbrennern) über einen großen Temperaturbereich arbeiten. Um die Anforderungen einer Papiermaschine oder Papierkartonmaschine zu erfüllen, können die Zylinder leicht für den Betrieb so ausgelegt werden, dass sie bei den benötigten niedrigen Temperaturen arbeiten – wie z. B. 100°F (55°C) unterhalb der Temperatur der Zylinder in der Vortrockenpartie, die im Bereich konstanter Wasserverdunstung liegen. Solch niedrige Betriebstemperaturen tendieren dazu, große Mengen an Kondensat im Innern der dampfbeheizten Zylinder zu erzeugen. Die Auslegung der neuartigen Zylinder für niedrige Betriebstemperatur ist kein Problem; die bogenförmige Ausdehnung ihrer Infrarotbrenner wird passend gewählt.
Im anderen Extremfall können die neuartigen Zylinder auch leicht für den Betrieb bei wesentlich höheren Temperaturen ausgelegt werden als es die Sicherheitsvorschriften für Dampfbeheizung in der Praxis zulassen würden.
Da der Vorteil der neuartigen Zylinder im Vergleich zu dampfbeheizten Zylindern an einigen Stellen der Papiertrocknung ausgeprägter als in anderen ist, können vorhandene Papier- und Papierkartonmaschinen verbessert werden, indem die dampfbeheizten Zylinder, die in den vorhandenen Papiermaschinen in Betrieb sind, gegen die neuartigen Zylinder ausgetauscht werden. Und ein Austausch ist insbesondere dort vorteilhaft, wo eine Feuchtequerprofilregelung benötigt wird, weil interne modulare Infrarotbrenner so angeordnet werden können, dass sie einzelne ringförmige Streifen des Zylinders aufheizen können (Regelung erfolgt durch Bahnfeuchtequerprofilmessvorrichtungen). Die neuartigen Zylinder sind auch sehr vorteilhaft im Austausch gegen die verfügbaren dampfbeheizten Zylinder mit den höchsten verfügbaren Temperaturen, wenn Zylinder mit noch höherer Temperatur benötigt werden, z. B. am Ende der Vortrockenpartie in der Zone fallender Trockenrate und am Auslauf der Nachtrockenpartie.
Die neuartigen Zylinder sind auch besonders nützlich, wenn ein externer Infrarotbrenner gegenüber einem neuartigen Zylinder eingebaut ist, um beide Seiten einer Bahn aufheizen zu können, wobei auch das Innere der Bahn aufgeheizt wird, ohne dass der für die Maschine benötigte Platz vergrößert wird. Die Strahlungswärme von dem externen Infrarotbrenner dringt in und durch die Bahn. Z. B. ist es wohl bekannt, dass dicke und mehrlagige Papierkartonbahnen leicht delaminiert werden können, wenn sie zu schnell aufgeheizt werden, weil die neugeformten inneren Faserbindungen gestört werden. Dieselbe Bahn kann leicht beidseitiges Aufheizen vertragen, vorausgesetzt, dass genügend Wasser verdunstet wurde, und dass die Bindungen durch die vorhergehenden Behandlungen entstanden sind.
Diese Kombination Konduktion/Infrarotwärmeübergabe kann am nassen Ende der Trockenpartie helfen, wo das picking vor allem in einer kalten nassen Bahn erzeugt wird, wenn sie durch Kontakt mit einer heißen Zylinderoberfläche abgekühlt wird. Fasern werden aus der Oberfläche gelöst und haften an der heißen Oberfläche. Das picking wird reduziert, wenn die einlaufende Bahntemperatur erhöht wird, bevor sie in Kontakt mit den Trocknern tritt und anschließend kann die Temperatur der ersten Trockner erhöht werden. Das Fehlen von benötigtem Platz zwischen der letzten Nasspresse und der Trockenpartie in der Maschine kann das Aufheizen der Bahn limitieren.
Diese hohe Wärmeübergangsrate – durch konduktiven Kontakt der Bahn mit einem Zylinder und direktes Infrarotheizen der Bahn mit einem Infrarotbrenner – kann am „Trockenende" der Maschine verwendet werden, wo die Zone fallender Trocknungsrate länger und von größerem Einfluss auf dickere Papierkartonsorten ist als auf leichtere Papiersorten. Die meisten dieser Papiersorten werden nicht mit Filzen in dem letzten Trockenabschnitt produziert und können deshalb mit Infrarotbrennern aufgeheizt werden. Die Rate der äußeren Infrarotstrahlung kann leicht an die innere Wärmekonduktionsrate angepasst werden, um ungewünschtes Wölben und Bahnverspannungen zu vermeiden. Es ist unwahrscheinlich, dass die Papierkartonbahn an dieser letzten Trockenposition delaminiert.
Diese Konduktions-/Infrarotheizung kann auch in der Nachtrockenpartie – nach der Leimpresse oder dem Strichauftrag – verwendet werden, wo der Strichauftrag, der auf die Bahn aufgetragen wurde, klebrig ist und wo ein schnelles Setzen „des Striches" benötigt wird. Der regelbare Wärmeübergang, der gleichzeitig auf beide Seiten der Bahn angewendet wird, kann das Vernetzen des Strichauftrages beschleunigen und unerwünschtes Wegschlagen in das Papier verhindern. Die individuelle Wärmeintensität auf der Ober- und Unterseite kann etwas reduziert werden, aber die beidseitige Wärmebehandlung wird sehr schnell sein.
Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen illustrieren verschiedene Merkmale der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung bezieht sich auf Papiermaschinen, aber einige der neuen Merkmale sind auch in Maschinen anwendbar, mit denen Bahnen aus anderen Materialien produziert werden. Außerdem ist es offensichtlich, dass einige Merkmale der Erfindung ohne einige der anderen verwendet werden können; Austauschen von Merkmalen und Modifikationen ist für Fachleute leicht ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 ist eine Gesamtansicht, teilweise in Querrichtung eines Trockenzylinders, der zur Illustration der vorliegenden Erfindung dient;
1A ist ein Querschnitt der rechten Seite des Zylinders in 1 und 5, wobei feststehende Apparateteile im Zylinder ausgelassen sind;
2 ist ein Querschnitt des neuartigen Trockenzylinders in der Schnittebene 2-2 der 1, 2 ist in einem größeren Maßstab gezeichnet als 1;
und 3 ist ein Teil von 2 in einem noch größeren Maßstab gezeichnet;
4 ist ein anderer Querschnitt des neuartigen Zylinders in der Schnittebene 4-4 von 1;
5 ist eine Modifikation von 1;
6 ist eine schematische Illustration einer Reihe von Infrarotbrennermodulen der Zylinder in 1 oder 5, mit Mitteln zur Regelung der Brennstoffluftversorgung für jeden dieser Module.
7 ist eine schematische Ansicht zur Illustration einer vollständigen konventionellen Maschine zur Herstellung von Papier, auch verwendbar zur Herstellung von Papierkarton, wenn gewisse Teile ausgelassen werden.
8, 8A und 9–12 zeigen Teile der 7, die modifiziert wurden, um die Verbesserungen einzuschließen, die in 1–6 gezeigt wurden und weitere Verbesserungen.
ILLUSTRATION DER EINBAUMÖGLICHKEITEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
In 1 wird ein neuartiger beheizter Zylinder dargestellt, der insbesondere in der Trockenpartie einer Maschine zur Herstellung von Papier und Papierkarton nützlich ist. Der Zylinder 20 in 1 wird auf den gegenüberliegenden Enden durch Lager 22 unterstützt, die so groß wie der Durchmesser des Zylinders sein können: Zylinder 20 hat eine relativ dünne Wand und wird aus einem Metall hergestellt, das nach seiner hervorragenden thermischen Leitfähigkeit ausgewählt wird, z. B. einer Aluminium-/Bronzelegierung. Z. B. kann ein Zylinder von 215'' (5,5 m) Länge und 5 ft. (1,5 m) Durchmesser die Wanddicke 0,5'' (1,3 cm) haben, wogegen solch ein Zylinder, wenn er aus Gusseisen besteht, eine Wanddicke von 1''–2'' (2,5 bis 5 cm) hat. Speichen 24 erstrecken sich von den Enden des Zylinders 20 zu den Innenringen der Lager 22, um den Zylinder zu stützen. Die Speichen haben ein Schlitzmuster oder andere Ausschnittformen, um eine Hitzeisolation zwischen dem Zylinder 20 und seinen Stützlagern 22 bereitzustellen. Konventionelle Kühlvorrichtungen (nicht gezeigt) können für die Lager bereitgestellt werden. Stuhlungsteile 26 an den Enden des Zylinders unterstützen die äußeren Ringe der Lager 22 und Stützplatten 27 unterstützen die Enden eines axialen Rohres 28, das sich entlang der Zylinderachse erstreckt. Das Rohr 28 in dieser Einbauform dient zwei Zwecken: Es trägt fachwerkartige Unterstützung für die gesamte stationäre Vorrichtung, die sich im Innern des Zylinders befindet und es ist ein Rohr für die Brennstoffluftgemischzuführung. Der innere Ring von jedem Lager 22 ist als ein Zahnkranz 29 (1A) ausgeführt und wird mit dem Ritzel 30 und dem Motor 32 angetrieben. Dieser Antrieb ist eine schematische Darstellung eines Antriebsmittels, um den Zylinder 20 zu drehen. In einer vollständigen Trockenpartie ist ein fortschrittlicherer Antrieb vorgesehen, so wie er in der Praxis für das gemeinsame Drehen aller Zylinder für die Produktion einer kontinuierlichen Papierbahn verwendet wird.
Im Innern des Zylinders 20 erstreckt sich an der Oberseite ein Abluftkanal 34, der zwei Abluftauslässe 34a an den Enden des Zylinders hat. Die IR Brennermodule 38 (gemeinhin als „IR Brenner" bezeichnet) erzeugen Abluftgase, die durch Abluftgebläse 36 aus dem Kanal herausgesaugt werden.
Ein Infrarotbrenner Modul 38 in 3 hat ein geeignetes, leichtgewichtiges Design ähnlich dem im U.S. Patent No. 4.722.681 und No. 5.464.346 (supra). Es besteht aus einer gasdurchlässigen Matrix 40 aus keramischen Fasern und einem Binder, dessen Zusammensetzung variieren kann sowie in Patent 4.722.681 beschrieben, welches hier durch Bezugsnahme eingeschlossen wird. Eine rückseitige Metallwand 42 ist außen mit Isolationsmaterial bedeckt und ist gegen die Kanten der Matrix abgedichtet, so dass sie einen Einlassraum 44 bilden. Der Einlassraum wird durch eine Trennwand 46 geteilt, die Öffnungen zum Einströmen des Brennstoffluftgemisches aus dem Einlassrohr 48 hat, so dass es in den inneren abgeteilten Bereich des Einlassraumes gelangen kann, der sich über der Trennwand in 3 befindet. Das Brennstoffluftgemisch strömt durch die Matrix, und wenn es austritt brennt es und erhitzt die Oberfläche der Matrix bis zum Glühen. Die Matrix kann mit Siliconkarbidteilchen bestückt werden, um die Infrarotemmissivität der Matrix zu vergrößern.
Hier wird keine Neuartigkeit für diesen oder irgendeine andere Form eines IR-Brenners beansprucht; die Zeichnung und diese Beschreibung werden beigefügt, um Infrarotbrenner zu identifizieren und sie von Brennstoff-Luftbrennern zu unterscheiden, die vor allem heiße gasförmige Verbrennungsprodukte emittieren. Idealerweise ist die äußere Oberfläche der Matrix zylindrisch gekrümmt, so wie in Zylinder 20 dargestellt; die Matrix kann aber auch eben sein.
Modul 38 in 1 ist einer aus einer Reihe von Brennermodulen, die gemeinsam einen Infrarotbrenner bilden, der sich über die Länge des Zylinders 20 erstreckt. Die Brennermodule einer Reihe können so wie gezeigt in Reihen angeordnet sein oder sie können versetzt sein; z. B. wie die Quadrate eines Schachbrettes, so dass sie gemeinsam sich kontinuierlich über die Länge des Zylinders erstrecken. Diese Reihe von modular unterteilten Brennern erstreckt sich nur auf einem bogenförmigen Zylinderabschnitt im Innern des Zylinders. In Zylindern, die mehr Hitze benötigen, können mehr Reihen oder in Laufrichtung längere Infrarotbrenner verwendet werden als die zwei Reihen, die in 2 dargestellt sind.
Im Betrieb hat die Bahn etwa einen Kontaktwinkel von 270° an der äußeren Zylinderoberfläche. Ein Teil der Feuchte in der Bahn wird allein durch die Verdunstung während der kurzen Kontaktzeit der Bahn mit dem Zylinder entfernt. Der Anteil der Trocknung, der stattfindet, hängt von der Papierbahngeschwindigkeit und der Zylindertemperatur ab.
Viele Faktoren bestimmen die Temperatur des Zylinders, die wichtigsten dabei sind der Wirkungsgrad des Zylinders für die Absorption der Strahlungswärme, die von den Infrarotbrennern emittiert wird und der Wirkungsgrad des Infrarotbrenners, der die Infrarotstrahlung erzeugt. Zwei Hauptvariablen bestimmen die Zylindertemperatur: Die Länge der Brennermodule in Bahnlaufrichtung und die Rate ihrer Brennstoffluftgemischzufuhr. Brenner des Typs wie im Patent 4.722.681 beschrieben und anderer wie sie Thomas M. Smith erteilt wurden, arbeiten über einen großen Bereich der Brennstoffluftgemischzufuhr, so dass ein Wärmeabgabeverhältnis von 4 : 1 zwischen Maximum und Minimum erzeugt wird. Wenn dem Infrarotbrenner die Brennstoffluftgemischzufuhr mit einer maximalen Rate zugeführt wird, ohne das die Flamme sich von der Oberfläche abhebt, erreicht die Brenneroberfläche ihre maximale Temperatur und die Hitzeabgabe des Brenners hat ihr Maximum.
Die Zylinder werden normalerweise auf ihrer spezifizierten maximalen Temperatur gehalten, wenn die Papiermaschine mit ihrer vollen Geschwindigkeit läuft. Es ist vorteilhaft, die Temperatur über den gesamten Regelbereich der Brennstoffluftgemischzufuhr zu modifizieren, wenn die Maschine vom Kaltstart an beschleunigt wird, und es ist insbesondere hilfreich, wenn die Maschine abgebremst wird. Es ist wünschenswert, soviel wie möglich von dem 4 : 1 Verhältnis der Wärmeabgabe für diesen Zweck zu reservieren. Der Infrarotbrenner erstreckt sich auf einen entsprechenden Zylinderabschnitt, so dass die spezifizierte maximale Zylinderoberflächentemperatur bei der vollen Betriebsgeschwindigkeit erreicht wird.
Manchmal ist es nötig, die maximale Temperatur, die ein Zylinder angenommen hat, auf eine geringere als die maximale Temperatur einzustellen. Z. B. kann ein installierter Zylinder, der mit Infrarotbrennermodulen ausgerüstet ist, bei einem speziellen Einbauort in der Produktionsmaschine eine höhere Temperatur als die maximal zulässige Temperatur annehmen. Dieser Zylinder kann einfach an eine niedrigere Arbeitstemperatur als die gewünschte Maximaltemperatur angepasst werden, indem die Versorgungsrate des Brennstoffluftgemisches reduziert wird. Diese Anpassung verringert das 4 : 1 Reduktionsverhältnis der Infrarotbrenner. Diese Verringerung in dem verfügbaren Verhältnis des Runterfahrvermögens kann überwunden werden, indem die Anschaltzeiten der Brenner elektronisch geregelt werden, so dass die Reduktionszeiten der Brenner in einigen der Zylinder verlängert werden können, solange die Papiermaschine mit langsamer Produktionsgeschwindigkeit läuft.
Die Maximaltemperatur eines Zylinders, der mit Infrarotbrennern einer beliebigen Auslegung und Wirkungsgrades beheizt wird und seine Heizleistung sind direkt verknüpft mit ihrer effektiven Gesamtlänge und mit der bogenförmigen Ausdehnung seiner Infrarotbrenner.
Elektrisch geregelte Ventile 50 (2 und 6) regeln oder modulieren die Zufuhr des Brennstoffluftgemisches, das zu den Brennermodulen 38 von dem axialen Versorgungsrohr 28 geführt wird. Eine ganze Reihe von Brennermodulen kann durch ein gemeinsames Ventil 50 mit dem Brennstoffluftgemisch versorgt werden oder es können mehrere Ventile für Gruppen von Brennermodulen oder einzelnen Modulen in jeder Reihe verwendet werden. Als besonderer Vorteil können die Infrarotbrennermodule 38a an jedem Ende des Zylinders mit etwas breiteren Modulen als die Module 38 ausgestattet werden oder die Module 38a können in anderen Merkmalen von dem Modul 38 sich unterscheiden, so dass sie eine größere Wärmeabgabe pro Einheitslänge entlang der Modulreihen haben als das Modul 38 durch Techniken, die in dem U.S. Patent No. 4.722.681 beschrieben werden. Die Module 38 und 38a können getrennte Regelventile besitzen, damit diese Brennermodule einzeln geregelt werden können. Diese zusätzliche Wärme soll die geringere Wärmeübergabe von den Rand-IR – Brennermodulen 38a an die Zylinder ausgleichen sowie die zusätzlichen Wärmeleitungsverluste und andere Effekte, die an den Zylinderrändern auftreten können. Indem man modulare oder geteilte Infrarotbrenner an den Rändern des Zylinders als ein Mittel verwendet, um den Zylinder zu beheizen, wird es ermöglicht, die Zylinderrandtemperaturkompensation zu erreichen. Die Verwendung von geteilten Modulen 38 und zugehörigen Ventilen 50 und die Ventilregelung ermöglicht es, ungleichförmige Bahnfeuchtequerprofile zu korrigieren. In der Praxis kann die Reihe der Infrarotbrennermodule etwas länger als der Zylinder gemacht werden. Dies ist ein Verfahren, um die normalerweise abnehmenden Temperaturen an den Rändern des Zylinders zu kompensieren. Deshalb sollte der Begriff „von Seite zu Seite", der verwendet wird, um die Länge einer Infrarotbrennerreihe mit der Länge des Zylinders zu vergleichen, nicht wörtlich genommen werden.
Es werden Mess-Sensoren verwendet, um die Eigenschaften der Papierbahn von einem Punkt zum andern in Bahnquerrichtung zu messen. Es sind Scanner verfügbar oder Sensoren in Fixposition. Als Beispiel siehe U.S. Patent No. 5.276.327, erteilt am 4. Januar 1994 an Bossen und andere. Abweichungen von der Gleichförmigkeit der Bahnfeuchte – an verschiedenen Punkten über die Bahnbreite – können automatisch korrigiert werden, indem Signale von den Sensoren zur selektiven Regelung für die Anpassung der Brennstoffluftgemischzufuhr verwendet werden, um die Ventile 50 der Module 38 als auch der Module 38a zu regeln. Falls ein Sensor übermäßige Trockenheit an einer Stelle der Papierbahn misst, kann das Ventil, das die Versorgungsrate der Brennstoffluftgemischzufuhr zu den Brennermodulen 38a regelt, getrennt eingestellt werden, um diese Bedingung zu korrigieren.
Die Ventile 50 können gemeinsam für alle Infrarotbrennermodule eines Zylinders und für alle Zylinder einer Trocknersektion eingestellt werden, wenn die Geschwindigkeit der Maschine reduziert wird, wie es benötigt wird, um das Überhitzen der Bahn während eines verlangsamten Betriebes zu vermeiden. Die heißen Teile der Infrarotbrenner haben bauartbedingt eine geringe thermische Trägheit, und die vergleichsweise dünne Wand des Zylinders 20 besitzt ebenfalls eine relativ geringe thermische Trägheit. Dementsprechend ist die Temperaturänderung des Zylinders als Reaktion auf die Anpassung der Brennstoffluftgemischzufuhr sehr schnell. Die schnelle Reaktion des Zylinders auf geänderte Betriebsbedingungen seines oder seiner Infrarotbrenner, ist außerordentlich wertvoll, insbesondere im Falle eines Notaus' und bei Papierabrissen. Diese rasche Reaktion auf Justierungen ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal im Gegensatz zu der langsamen Reaktion von dampfbeheizten Zylindern mit dicken Wänden im Falle eines Notaus'.
Die Brennermodule 38 sind Teil der feststehenden Rahmenstruktur innerhalb des Zylinders. Die Rahmenstruktur 52 (2) verbindet die Brenner und die Rahmenstruktur für das Brennstoffluftgemischzufuhrrohr 28. Der Abluftkanal 34 ist mit den sich in Querrichtung erstreckenden Platten 54 verbunden, die ihrerseits mit den Streben 52 und dem Rohr 28 verbunden sind. Die Querplatten 54 sind entlang der Zylinderlänge mit Zwischenräumen angeordnet. Das Rohr 28 ist das alleinige Unterstützungselement der gesamten stationären Anordnung innerhalb des Zylinders 20.
Die gesamte stationäre Kernstruktur innerhalb des Zylinders kann axial ausgebaut werden, um Reparaturarbeiten zu ermöglichen oder den Austausch von Infrarotmodulen mit unterschiedlicher bogenförmiger Ausdehnung, falls für einzelne Zylinder verschiedene Maximaltemperaturen benötigt werden. Dies kann bewerkstelligt werden, indem man zuerst alle Anbauteile entfernt; z. B. baut man den Rahmen 27 auf der rechten Seite in 1 aus, der das Trägerrohr 28 stützt und den Antrieb 32 und die ringförmige Abdeckung 60 (1 und 4). Verschiedene Flansche werden dann gelöst: Flansch 61 im Abluftdurchgang, Flansch 63 des Brennstoffluftgemischzufuhrrohres und Flansch 65 des Rahmens 27 auf der linken Seite der 1 und Flansch 67 im Abluftkanal auf der rechten Seite in 1. Das Rohr 28 muss an seinen Enden sicher unterstützt werden, während die verschiedenen Verbindungen gelöst werden; ein spezielles Seil oder ein Gabelstapler kann für diese Unterstützung verwendet werden. Am Schluss wird die gesamte Kernstruktur herausgezogen; bei 1 zur rechten Seite, dabei wird diese Bewegung in geeigneter Weise durch Schienen unterstützt (nicht gezeigt), die sich über die ganze Länge des Rohres 28 erstrecken. Fachleute können die Details des Zylinders und seiner inneren Kernstruktur vielfältig variieren, um den Ein- und Ausbau zu erleichtern.
Als Alternative können die Infrarotbrenner und ihre Ventile und Brennstoffluftgemischzufuhrrohre als eine Einheit hergestellt werden, getrennt von dem Hauptstützträger 28, Abluftkanal 34 und den Abschirmungen 56a und 56b. Der Träger 28 kann als Stützschiene verwendet werden und die zusammengebaute Einheit kann Stützräder haben, die sich auf der Trägerschiene 28 bewegen können. Solch eine alternative Einheit kann von einer Seite des Zylinders her ausgebaut werden. Der Raum 58 zwischen dem Zylinder und der Kernstruktur vereinfacht den Ausbau und Austausch der Infrarotbrennereinheit sowohl für diese Modifikation der Kernstruktur als auch für die dargestellte Struktur. Auf jeden Fall sollte die Hitzeisolation, die die Lager 22 von dem Zylinder abschirmt, nicht dem Ausbau der Kernstruktur aus dem Zylinder im Wege stehen.
Die Hitze, die durch die Infrarotbrenner erzeugt wird, wird augenblicklich durch den Teil des Zylinders 20 absorbiert, der den Brennern gegenübersteht. Elektrische Verriegelungen, die nicht gezeigt werden, stellen sicher, dass die Infrarotbrenner nur arbeiten, während der Zylinder sich dreht. Während der Zylinder sich dreht, passieren alle Teile der inneren Zylinderoberfläche die Infrarotbrenner. Die innere Oberfläche ist schwarz, um die Wärmeabsorption zu verbessern. Alle Teile der Zylinderwand werden gleichförmig in Bahnquerrichtung und am Umfang des Zylinders in Bahnlaufrichtung erhitzt. Die schwarze innere Oberfläche verhält sich wie ein Schwarzkörper; sie absorbiert nicht nur Strahlungswärme von den Infrarotbrennern, sondern da sie heiß ist, gibt sie auch Strahlungswärme ab. Diese rückgestrahlte Wärme könnte die stationäre Struktur im Innern des Zylinders schädigen und sie wäre im Allgemeinen ein Wärmeverlust. Zusammengesetzte Wärmeschutzschilde 56a, 56b und 56c (gemeinsam) füllen den Raum zwischen den zwei Infrarotbrennerreihen in 2 und zwei andere Zwischenräume zwischen den Infrarotbrennern und dem Abluftkanal. Diese Hitzeschilde sind z. B. aus Keramikfaserisolation hergestellt, das durch rückseitiges Metallblech gestützt wird. Sie sind mit dem Abluftkanal, den Infrarotbrennermodulen und den sich in Querrichtung erstreckenden Platten 54 verbunden. Die 2 zeigt zwei Infrarotbrenner; zwei Reihen von Infrarotbrennermodulen 38, die sich über die Längsseite des Zylinders von Stirnseite zu Stirnseite erstrecken. Die Gesamtlänge (bogenförmig) der Infrarotbrenner – in Bahnlaufrichtung – wird so gewählt, dass eine gewünschte maximale Wärmeleistung und eine entsprechende maximale Zylindertemperatur erreicht werden.
Der Abluftkanal 34 ist so ausgelegt, dass das Gebläse 36 die Verbrennungsgase, die durch die Brenner erzeugt werden, so entfernen kann, dass Anreicherungen heißer Abluft an irgendeinem Ort vermieden werden. Der größte Teil der Hitze, die durch die Infrarotbrenner erzeugt wird, wird in Strahlungswärme umgeformt, aber auch die Verbrennungsgase sind heiß. Ansammlungen heißer Abluftgase, die die gleichförmige Temperaturverteilung im Zylinder 20 in seiner Längsrichtung (Bahnquerrichtung) stören würden, müssen vermieden werden.
Es sei angemerkt, dass die Verbrennungsgase relativ sauber sind. Sie können deshalb an anderer Stelle wiederverwendet werden, wie z. B. in der Trockenpartie, um den Wirkungsgrad der Trocknung weiter zu erhöhen.
Die gasförmigen Verbrennungsgase haben einen sehr starken Auftrieb, weil sie sehr heiß sind; sie füllen sehr schnell den Raum 28 zwischen dem Zylinder 20 und den stationären Schutzschilden 56a, 56b und 56c innerhalb des Zylinders. Ein Teil der Wärme von den aufsteigenden Verbrennungsgasen wird auf die innere Oberfläche des Zylinders übertragen und vergrößert so die Wärmeenergie, die durch die geschwärzte innere Oberfläche des Zylinders absorbiert wird. Ein gewisser Abstand zwischen der Zylinderinnenseite und den Brennermodulen 38 und zwischen dem Zylinder und allen Hitzeschutzschilden ist mechanisch nötig, aber die Abmessung ist nicht kritisch. Ein Abstand von 4'' bis 6'' (102 mm bis 152 mm) zwischen der Zylinderinnenseite und der stationären Struktur ist ausreichend. Das Abluftgas von den Brennermodulen 38 steigt schnell in den Abstandsraum zu dem Kanal 34 auf. Löcher oder Schlitze 34b an der Oberseite dieses Kanals lassen diese Verbrennungsgase in den Kanal hinein, damit sie durch das Gebläse 36 entfernt werden können.
In 1 vergrößert sich der Querschnitt des Kanals 34 von einem Minimum von der Mitte des Zylinders 20 bis zu den Abluftauslassöffnungen 34a an den sich gegenüberliegenden Enden des Zylinders. Die Abluft, die durch ein Brennermodul 38 erzeugt wird, das in der Mitte des Zylinders ist, tritt in den Kanal in der Mitte des Zylinders ein. Diese Abluft wird durch die Ventilatoren 36 durch die Abluftauslassöffnungen 34a des Kanals abgesaugt. Die Abluft von anderen Brennermodulen an Stellen, die fortschreitend näher an den Abluftöffnungen 34a sind, tritt in den Kanal entsprechend an Punkten ein, die näher an den Enden des Zylinders sind. Die fortschreitende Vergrößerung des Kanalquerschnittes ermöglicht eine gleichförmige Absaugung der Abluft. Die Öffnungen 34b haben ebenfalls eine geeignete Anordnung, um die gleichförmige Entfernung der Abluft zu ermöglichen. Zu diesem Zweck – falls die Öffnungen 34b z. B. Schlitze sind – werden sie fortschreitend breiter in Abhängigkeit zu ihrer Entfernung zu dem näheren von einem der beiden Abluftauslassöffnungen 34a des Kanals. Wenn die Öffnungen Löcher sind, sind sie größer oder zahlreicher mit abnehmendem Abstand von dem näheren der beiden Abluftauslassöffnungen 34a dieses Kanals. Der variierende Querschnitt des Kanals und der Kanalöffnungen, die die Abluft in den Kanal einlassen, erzeugen unterschiedliche Strömungswiderstände für die Verbrennungsgase, so dass die Strömungsraten für die Abluft in und entlang dem Kanal 34 vergleichmässigt werden.
Alternativ kann ein Kanal von gleichem Querschnitt verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Anordnung und die Größe der Öffnungen 34b so ausgelegt sind, dass sie die Strömung der Abluft in und entlang dem Kanal vergleichmässigen.
Kanal 34 hat auch Öffnungen 34c, um Luft aus dem inneren Volumen des Zylinders aufzunehmen, um einen Hitzestau in dieser Region zu vermeiden. Die ringförmige Abdeckung 60 in 4 bildet vorteilhaft eine Sperre am Ende des Abluftraumes 58 an jedem Ende des Zylinders. Die Sperre 60 ist mit der stationären Struktur im Innern des Zylinders verbunden. Luft kann in das Innere des Zylinders durch den offenen Raum der Abdeckung 60 an beiden Zylinderenden eintreten, um die Luft zu ersetzen, die das Innere durch die Öffnungen 34c verlässt.
Der Kanal 34 in 1 erstreckt sich von der Mitte des Zylinders bis zu den Abluftaustrittsöffnungen 34a des Kanals und zu entsprechenden Gebläsen 36. Eine Sperre im Kanal 34 kann an seinem Mittelpunkt eingebaut werden, falls gewünscht.
Obwohl keine Zündvorrichtungen in der Zeichnung dargestellt sind, sollte verstanden werden, dass konventionelle Zündvorrichtungen wie z. B. ein Pilotbrenner oder mehrere Pilotbrenner oder elektrische Zündvorrichtungen in der stationären Struktur an geeigneten Orten eingebaut sind.
5 ist im Wesentlichen eine Wiederholung von 1; dieselben Referenzziffern werden für dieselben Teile verwendet. Der Unterschied zwischen den 1 und 5 besteht darin, dass der Abluftkanal 34d in 5 nur eine Abluftausströmöffnung 34a hat und die Lagerstruktur auf der linken Seite der 5 vereinfacht ist. Der Querschnitt des Abluftkanals 34d vergrößert sich fortschreitend vom Ende 34e bis zum Abluftende 34a.
In 5 wird das Trägerrohr 28 durch eine feststehende Unterstützung 62 getragen. Zylinder 20 wird durch das wärmeisolierte Speichenrad 64 getragen, dessen inneres Ende auf der Rotationsachse 66 ruht. Das Lager 68 stützt die Rotationsachse 66. Gasförmiger Brennstoff wird in das Rohr 28 durch das Gasrohr 70 und das Mischventil 74 eingelassen; Luft wird durch das Rohr 72 und das Mischventil 74 eingelassen (diese Brennstoffluftgemischvesorgungseinheit kann auch in 1 verwendet werden).
Die Auslegung der Apparatur in 5 wird derjenigen in 1 bevorzugt, wenn die Länge des Zylinders klein genug ist, um mit einem Abluftkanal 34d zu funktionieren, der nur eine Abluftausströmöffnung 34a besitzt.
Jeder der zwei Infrarotbrenner, die in 2 dargestellt sind, ist eine Anordnung von mehreren Modulen, die sich in Bahnquerrichtung im Innern des Zylinders 20 erstrecken. Es gibt einen klaren Vorteil, wenn man die Infrarotbrenner in Brennermodule unterteilt. Wie in 6 dargestellt, kann jeder Modul 38 sein eigenes Ventil 50 haben, um sein Brennstoffluftgemischzufuhr zu regeln. Ein elektrischer Regler 76 regelt jedes Ventil 50 – oder in der Alternative kann der Regler 76 mehrere Ventile 50 regeln. Z. B. dienen die Ventile 50, die die Zufuhr der Brennstoffluftgemischzufuhr zu den Modulen 38a an den Enden des Zylinders regeln, zur Kontrolle des Feuchtegehaltes der Papierbahn an ihren Rändern, so dass es ausreichend sein mag, einen gemeinsamen Regler 76 zu verwenden, um die Zufuhr der Brennstoffluftgemischzufuhr zu den Modulen 38a an den Rändern des Zylinders zu regeln. Der Mess-Sensor 78 kann derselbe wie in dem U.S. Patent No. 5.276.327 (supra) sein, oder der Mess-Sensor 78 in der Zeichnung kann eine Folge von stationären Sensoren darstellen, die die Papierbahn messen, die den Zylinder verlässt, dessen Ventile 50 durch den Mess-Sensor geregelt werden; ein feststehender Sensor für jedes Brennermodul 38. Mess-Sensor 78 in einer dieser Auslegungen regelt jedes Ventil 50 oder gemeinsam ausgewählte Ventile 50, um die Wärmeabgabe des Zylinders der jedem Brennermodul 38 gegenübersteht, zu vergrößern oder zu verringern.
7 stellt eine konventionelle Papiermaschine dar, deren Trockenzylinder durch Wasserdampf beheizt werden. Die 8, 8A und 9 bis 12 stellen Modifikationen von Teilen der 7 dar, verbessert durch Einschluss der Vorrichtungen der 1 bis 6 und weiterer Verbesserungen.
In 7 werden Fasern zu einer nassen fasrigen Bahn geformt. Die Bahndicke, die aus der Siebpartie FS austritt, wird geregelt; der Feuchtegehalt ist typischerweise 90%.
Die Bahn W wird von der Siebpartie FS und durch die Pressenpartie P mit Filzen F transportiert. In der Pressenpartie üben mehrere Presswalzen einen großen Druck auf die Bahn aus, um Wasser aus der Bahn und ihrem rückseitigen Filz zu pressen. Der Wassergehalt der Bahn ist typischerweise 60% bis 65%, wenn die Bahn die Pressenpartie verlässt, abhängig von der Dicke der Bahn, die produziert wird.
Die Bahn wird dann allein durch die Verdunstung in den Haupttrockenpartien MD-1, MD-2 und MD-3 (7) getrocknet. In der Aufheizzone Z-1 werden die ersten 4 bis 8 Zylinder verwendet, um die Bahntemperatur auf etwa 160°F (71°C) zu erhitzen, dem Punkt, an dem die Wasserverdunstung einsetzt. Eine große Wasserverdunstung findet in der Zone Z-2, einer Zone konstanter Wasserverdunstung statt und die Verdunstung verringert sich schrittweise durch die Zone Z-3 fallender Wasserverdunstung. Diese abnehmende Wasserverdunstung setzt bei etwa 40 Bahnfeuchte ein. Die Abnahme der Wasserverdunstung wird durch die verringerte Wärmeleitung der Bahn verursacht, wenn die Bahnfeuchte geringer ist. Die Wasserverdunstungswärme an und in die Bahn W wird durch Wärmeleitung von den Zylindern übergeben. Ein wirkungsvoller Wärmeübergang wird durch festen Kontakt der Bahn W mit den Zylindern erzeugt.
Die Trocknung mit etwas höheren Zylindertemperaturen am Ende der Haupttrocken- und Nachtrockenpartie ist bei Papiermaschinen mit dampfbeheizten Zylinderpartien üblich. Der Dampf, der an die letzten Trockenzylinder geliefert wird, hat den höchsten Druck, der praktikabel und sicher ist, so dass sie die höchsten Zylinderoberflächentemperaturen in der ganzen Trockenpartie haben. Dampf mit schrittweise niedrigeren Dampfdrucken wird in einer Kaskadenschaltung an die Zylinder bahnaufwärts geführt; zu jedem Satz von Trockenzylindern von dem trockenen Bahnende zurück zu dem nassen Bahnanfang in der Trockenpartie.
Abhängig von der produzierten Papiersorte kann die Papiermaschine eine Leimpresse SP besitzen (schematisch dargestellt), in der z. B. eine dünne wässrige Stärkesuspension beidseitig auf die Bahn aufgetragen wird. Dieser Auftrag vergrößert wesentlich die Feuchte der trockenen Bahn. Nachtrockner AD verdunsten diese zusätzliche Feuchte. In einigen Papiermaschinen wird ein Glättwerk CS verwendet, um die Dichte und die Oberflächeneigenschaften des fertigen Papiers oder Papierkartons, die produziert werden, zu regeln. Das fertige Produkt wird mit dem Aufwickler R aufgewickelt.
Die Trockner in 7 sind in der Ausführung mit doppelter Filzführung dargestellt, wobei die Zylinder in eine obere und eine untere Reihe angeordnet sind. Die Ausführung mit einem einzelnen Filz ist eine Alternative, wird aber hier nicht dargestellt. In der Einzelfilzanordnung haben die Trockenzylinder in der oberen Reihe einen großen Durchmesser und die untere Reihe hat Saug-Umlenkzylinder mit kleinerem Durchmesser. Die Papierbahn und der Filz bewegen sich in einer sinusförmigen Bahnkurve, abwechselnd zuerst um einen Trockenzylinder, dann um einen Umlenkzylinder bis zum Ende der Zylindergruppe. In einer folgenden Zylindergruppe ist die Reihe von Saug-Umlenkzylindern kleineren Durchmessers über der Reihe mit den Trockenzylindern größeren Durchmessers eingebaut. Dieses Anordnungsmuster kehrt sich von Zylindergruppe zu Zylindergruppe um. Jede Zylindergruppe hat einen einzelnen Filz, der die Bahn transportiert und die Bahn gegen die Zylinder auf einer Kontaktlänge von etwa 270° Kontaktlänge drückt.
Zylinder, die durch innere Infrarotbrenner aufgeheizt werden und die neuen Konzepte der aufgeheizten Zylinder nach 1–6 beinhalten, haben einen besonderen Wert in einer Papiermaschine sowohl für den Austausch aller dampfbeheizten Bahntrocknungszylinder und für den Austausch für besondere Zylinder in vorhandenen Papiermaschinen, sowohl in der Einzelfilz- als auch in der Doppelfilzkonfiguration. Die maximale Betriebstemperatur für jeden Austauschtrockenzylinder kann vorher für die volle Bahngeschwindigkeit bestimmt werden, indem man die bogenförmige Ausdehnung der Infrarotbrenner bestimmt.
Die 8–12 zeigen einige Trockenzylinder der Form wie in den 1–6, die in eine Papiermaschine wie in 7 dargestellt, eingebaut sind.
Eine neugeformte Bahn W, die die Pressenpartie P (7) verlässt, ist relativ kalt.
Die Haupttrockenpartie besteht vor allem aus einer Anzahl von Zylindern, die aufgeheizt werden, um die Bahn durch Wasserverdunstung zu trocknen. In der Praxis wird die Temperatur der ersten Zylinder der Haupttrockenpartie MD-1 relativ niedrig gehalten. Die Funktion dieser ersten Anzahl Zylinder besteht nur darin, die Temperatur der Bahn W zu erhöhen. Wenn die Bahn einen zu heißen Zylinder berühren würde, könnten Fasern aus der Bahn herausgelöst werden und würden auf der Zylinderwand haften bleiben; dieser Effekt wird „picking" genannt. Fasern, die auf einer heißen Zylinderoberfläche haften, verringern den Wärmeübergang vom Zylinder zur Bahn und verringern so die Verdunstungsrate. Picking beschädigt die Oberfläche des Endproduktes und es verursacht zusätzlichen Wartungsaufwand.
Wenn dickere Papierkartonsorten getrocknet werden, wird die Temperatur der ersten Trockenzylinder der Haupttrockenpartie MD-1 ebenfalls relativ niedrig gehalten, um das zu plötzliche Aufheizen zu minimieren und potentielle Delamination der Bahn zu vermeiden, eine Tendenz, die teilweise auf übermäßige Wärme zurückgeführt wird, die im Innern der Bahn eingeschlossen ist und die die Neuformierung von inneren Faserbindungen stört. Dies ist insbesondere wichtig für Papierkarton, der als mehrlagiger Karton produziert wird und bei solchen Sorten, die einen großen Anteil von Altpapierfasern enthalten.
Auf jeden Fall ist die Temperatur der ersten Zylinder der Haupttrockenpartie MD-1 relativ niedrig, so dass diese Zylinder wenig zum Trocknungsprozess beitragen. In dem Umfang, wie diese Zylinder mit Temperaturen, die näher an den Temperaturen der anderen Trockenzylinder liegen, betrieben werden könnten, ohne „picking" oder Bahndelamination zu verursachen, würde der Nutzen der Gesamtmaschine verbessert werden. Vor allem ist es schwierig bei Verwendung von solch niedrigen Dampftemperaturen eine konstante Zylinderheizung aufrechtzuerhalten.
8 zeigt den Übergang in einer konventionellen Papiermaschine wie in 7 von der Pressenpartie P zu der ersten Haupttrockenpartie MD-1. Die Maschine in 7 wird durch Einbau der neuartigen Bahnaufheizzylinder MD-1A und MD-1B (8) in die Haupttrockenpartie MD-1 verbessert. Diese Zylinder werden intern durch Infrarotbrenner aufgeheizt so wie in den 1–6 dargestellt und wie im Detail weiter oben beschrieben; sie werden schematisch in 8 dargestellt.
Die Zylinder MD-1A und MD-1B sind wie die Trockenzylinder in den 1–6, mit den folgenden Ausnahmen: Erstens, dass die bogenförmige Ausdehnung der Infrarotbrenner 38A verkürzt ist; eine Einzelreihe von Infrarotbrennermodulen 38A in jedem Zylinder mag ausreichen (anstelle von zwei Reihen wie in 2 und 8 dargestellt). Bei der vollen Betriebsgeschwindigkeit der Papiermaschine ist die bogenförmige Ausdehnung des Infrarotbrenners oder -brenner 38A in jedem Zylinder so begrenzt, dass die entsprechend begrenzte Zylindertemperatur erreicht wird, bei der nur tolerierbares picking auf den Zylindern MD-1A und MD-1 B auftritt. Vor allem muss die Bahn auf eine ausreichend hohe Temperatur aufgeheizt werden, so dass übermäßiges „picking" auf den folgenden Zylindern nicht auftritt. Wie in den 1–6 dargestellt, erstreckt sich der IR-Brenner 38A über die Zylinderlänge (in Bahnquerrichtung), so dass die Bahn W auf voller Breite gleichmäßig aufgeheizt wird. Jedoch ist die bogenförmige Ausdehnung des IR-Brenners 38A relativ klein; seine Fläche ist gerade ausreichend, um die gewünschte Zylindertemperatur zu erreichen, um die Kriterien zu erfüllen, die weiter oben beschrieben wurden, wenn die Zufuhr des Brennstoffluftgemischzufuhr seine maximale Rate hat. Wie in Zusammenhang mit den 1–6 bemerkt wurde, ist das „Maximum" diejenige Versorgungsrate, bei der die Verbrennung aufrechterhalten wird, ohne dass die Flamme sich von der Oberfläche des Infrarotbrenners löst.
Jeder Zylinder MD-1A und MD-1B erhitzt eine Seite der Bahn W. Die Gegenseite der Bahn W in 8 wird durch externe Infrarotbrenner 38B aufheizt, die genauso konstruiert sind wie die IR-Brenner 38A. Die Wärme von jedem Infrarotbrenner 38B strahlt direkt auf die Bahn. Die Infrarotwärme, die durch die Infrarotbrenner 38B direkt auf die Bahn strahlt, dringt in die Bahn ein. Der Zweck für die Verwendung der Infrarotbrenner 38A und 38B auf entgegengesetzten Seiten der Bahn besteht darin, die Bahn schnell durch Verwendung von kontaktloser eindringender Wärme aufzuheizen, während die Bahn durch Kontakt an der großen Fläche des aufgeheizten Zylinders haftet. In einer Modifikation (nicht dargestellt) könnte der Infrarotbrenner auch direkt auf der Oberseite der Bahn im freien Bahnzug vor dem Zylinder MD-1A eingebaut werden (siehe Brenner 38B' in 8A).
Ein Sensor 80 ist auf der Gegenseite von Zylinder MD-1 eingebaut, die nicht durch die Bahn W bedeckt wird. Dieser Sensor kann von jedem geeigneten Design sein, so dass er das auf der Zylinderoberfläche reflektierte Licht einer Lichtquelle misst, (nicht dargestellt) und die Teil der Messvorrichtung 80 ist. Jede Anhäufung von Fasern, die aus der Bahn herausgelöst werden und auf dem Zylinder haften, würde das einfallende Licht streuen und so das Licht reduzieren, dass das lichtempfindliche Element erreicht.
Die Zufuhr des Brennstoffluftgemisches zu den Brennern 38A und 38B kann genau geregelt werden, um die Bahn W und den Zylinder MD-1A so aufzuheizen, dass die Bahn W schnell aufgeheizt wird, ohne dass mehr als ein tolerierbares Maß an picking verursacht wird. Die Bahntemperatur sollte auch hoch genug sein, um übermäßiges picking durch die folgenden Trockenzylinder MD-1 C zu vermeiden. Die Regelung des Brennstoffluftgemisches, das den Brennern zugeführt wird, kann auf den Sensor 80 reagieren, oder die Regelung kann von einer visuellen Inspektion der Zylinder MD-1A und MD-1B abhängen. Die gewünschten Brennerbetriebstemperaturen können für jede einzelne Papiersorte in einem Maschinensortenregelungsprogramm vorgewählt werden, wofür ein PLS-System oder DCS-Systeme verwendet werden können.
Der Zylinder MD-1B ist mit zugehörigen IR-Brennern 38A und 38B ausgestattet, die so ausgelegt sind und auf eine Weise geregelt werden, wie es für den Zylinder MD-1A beschrieben wurde.
Im Betrieb der Vorrichtung kann das Brennstoffluftgemisch zu den Brennern 38A und 38B so über einen Bereich geregelt werden, dass die Grenze für das „picking" angepasst werden kann.
Im Vergleich zu der umständlichen und langsam reagierenden Dampfdruckregelung der entsprechenden Zylinder in einer konventionellen Papiermaschine stellt die Vorrichtung nach 8 einen deutlichen Fortschritt dar.
Wenn Leimflotte auf die Bahn aufgetragen werden muss, läuft die Bahn durch eine Leimpresse SP (7) und läuft in die Nachtrockenpartie AD ein. An dieser Stelle tritt ein Problem ähnlich dem „picking" auf. Der nasse Leimauftrag auf der Bahn neigt dazu, an dem ersten Zylinder oder den ersten Zylindern der Nachtrockenpartie AD zu haften. Um dieses Problem zu überwinden, werden die ersten paar Zylinder in der Nachtrockenpartie mit niedrigerer Temperatur betrieben, bei der die Leimflotte sich setzt. Es ist üblich, den Kontakt zwischen Bahn und Filz zu vermeiden, bis sich die Leimflotte gesetzt hat. Dieser Teil der konventionellen Vorrichtung von 7 wird auf die Weise wie in 8A dargestellt, verbessert und ist ein Merkmal, dass diese Erfindung bezweckt.
Eine Querprofilscanner 76 (oder eine Reihe von Feuchtesensoren) wird in 8A dargestellt, dies ist Teil der Vorrichtung wie in 11 gezeigt und weiter unten diskutiert. Die Bahn W verlässt den Scanner 76 und läuft durch die Leimpresse SP, in der die wässrige Leimflotte aufgetragen wird.
In 8A richtet ein stationärer IR-Brenner 38B' ähnlich Brenner 38 in 2 eindringende Wärmestrahlung direkt auf die Bahn W, damit die Leimflotte sich zumindest etwas setzt. Die Bahn berührt dann die ersten Zylinder AD-1A und AD-1B der Nachtrockenpartie AD. Die Zylinder des AD-1A und AD-1B haben dieselbe Konstruktion wie der Zylinder in 2; sie werden durch eine innere Reihe oder Reihen von Infrarotbrennern 38A erhitzt, die sich alle entlang der zugehörigen Zylinder erstrecken.
Wenn die Bahn W in die Nachtrockenpartie einläuft, wurde sie in der Leimpresse SP gekühlt. Die ersten paar Zylinder der Nachtrockenpartie AD in 8A werden bei ausreichend niedrigen Temperaturen betrieben, damit sich die Leimflotte setzen kann, ohne dass sticking auf der Oberfläche der Zylinder auftreten kann. Für diesen Zweck werden diese Zylinder aufgeheizt, aber auf einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gehalten. Die Temperaturen der Zylinder AD-1A und AD-1B werden auf die gewünschten Niveaus gebracht, in dem ihre Infrarotbrenneranordnungen entsprechend ausgelegt werden. Das Erreichen und Aufrechterhalten der gewünschten Zylindertemperaturen auf niedrigen Werten und das genaue Anpassen der Temperaturen durch Regeln des Brennstoffluftgemisches zu den Brennern 38A, 38B und 38B' ist ein ausgezeichnetes Verfahren der Temperaturregelung, das sich sehr schwierig durch Dampfbeheizung erzielen lässt. In 8A trifft die Bahn W nicht auf den Filz F, bevor nicht die Leimflotte sich ausreichend gesetzt hat, so dass der Filz vor Verschmutzen durch Leimflotte auf der Bahn geschützt ist.
Die Haupttrockenpartie MD-3 (7) arbeitet am Ende des Bereichs abnehmender Wasserverdunstungsrate. Die Nachtrockenpartie AD arbeitet auch im Bereich abnehmender Wasserverdunstungsrate. Der Feuchtegehalt der Bahn ist relativ niedrig; die Wasserverdunstungsrate nimmt gegen Ende jeder Trockenpartie MD-3 und AD ab. Wenn man bedenkt, dass die Wasserverdunstung der Bahn vom Wärmeübergang des Zylinders auf die Bahn abhängt und wenn man bemerkt, dass die Bahn während der Trocknung diesem Wärmeübergang einen vermehrten Widerstand entgegensetzt, ist es wünschenswert, zumindest die ersten Zylinder in der Haupttrockenpartie MD-3 und die ersten Zylinder in der Nachtrockenpartie AD auf vergleichsweise höheren Temperaturen zu halten, höheren Oberflächentemperaturen als es bisher mit dampfbeheizten Trocknern möglich war.
In 9 sind die ersten Gruppen von Trockenzylindern MD-3C schematische Darstellungen der Trockenzylinder in den 1–6, wenn sie mit den schematisch dargestellten inneren Infrarotbrennern 38C ausgestattet sind. Diese neuartigen Trockenzylinder können mit signifikant höheren Oberflächentemperaturen als die üblichen dampfbeheizten Trockner betrieben werden. Solch hohe Temperaturen der ersten Zylindergruppen in der Haupttrockenpartie MD-3 und der Nachtrockenpartie AD ermöglichen eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit oder machen es alternativ möglich, die Zahl der benötigten Zylinder in den Trockenpartien MD-3 und AD zu reduzieren.
Die bogenförmige Ausdehnung der Infrarotbrenneranordnung 38C in jedem Zylinder kann eine solch große bogenförmige Ausdehnung haben wie sie benötigt wird, um die gewünschte hohe Zylinderoberflächentemperatur zu erzeugen, wenn die Papiermaschine mit voller Betriebsgeschwindigkeit läuft und wenn die Infrarotbrenner 38C mit dem Brennstoffluftgemisch bei maximaler Versorgungsrate versorgt werden.
Die hohe Zylinderoberflächentemperatur, die mit Zylindern erreichbar ist, die intern mit Infrarotbrennern aufgeheizt werden, lässt sich in einem großen Bereich so anpassen, dass der größte Teil des Regelbereiches für die Reduzierung beibehalten wird, um die Maschine bei niedriger Geschwindigkeit anpassen zu können. Insbesondere kann jeder Zylinder mit seiner eigenen optimalen Temperatur betrieben werden, indem die bogenförmige Ausdehnung der Infrarotbrenner in der ersten Gruppe von Zylindern passend ausgelegt wird. Es ist unpraktisch oder eigentlich sogar unmöglich, jeden einzelnen Zylinder in einer Gruppe von Zylindern einer Trockenpartie mit seiner optimalen eigenen Temperatur zu betreiben, wenn man Dampfheizung verwendet.
Die erste Gruppe von Trockenzylindern MD-3C sind schematisch in 10 dargestellt, die eine Alternative zu 9 zeigt. Die Trockenfilze sind weggelassen. Diese Konfiguration findet man typischerweise an Papiermaschinen, die dickere Papierkartonsorten produzieren. Diese schwereren Bahnen benötigen keine Trockenfilze für den Bahntransport. Die Bahn kann auch ohne diese Hilfe guten Kontakt mit den aufgeheizten Zylinderoberflächen halten. Die Trockengruppe in 10 ist mit einer Reihe von Zylindern ausgestattet, die durch innere Infrarotbrenneranordnungen beheizt werden. Die Zylinder MD-3C stellen sogar noch mehr Trockenkapazität für diese besonders schwierig zu trocknenden schweren Papierkartonsorten zur Verfügung. Die unteren Trockenzylinder MD-3C und die oberen Trockenzylinder MD-3C sind die Trockenzylinder wie in den 1–6. Wie in 8 wird die Gegenseite der Bahn W in 10 durch die externen Infrarotbrenner 38B' aufgeheizt, die dieselbe Konstruktion haben wie der Infrarotbrenner 38C. Die Wärme des Infrarotbrenner(s) 38B' wird direkt auf die Bahn gerichtet und ein Teil dieser Wärme dringt in die Bahn ein. Der Zweck für die Verwendung der externen Brenner 38B' und 38C auf entgegengesetzten Seiten der Bahn besteht darin, das direkte, kontaktlose, eindringende Aufheizen der Bahn mit dem gleichzeitigen Aufheizen der Bahn durch Wärmeleitung mit hoher Temperatur – bereitgestellt durch die aufgeheizten Zylinder – zu verknüpfen.
Bei konduktiver Wärmeübergabe tendieren bei den Papierkartonsorten die äußeren Bahnoberflächen zuerst zu trocknen, so dass am Ende der Trockenpartie noch ein nasser Kern der Trockenpartie übrig bleibt. Aus diesem Grunde sind Papierkartonmaschinen typischerweise durch die Trocknung limitiert, und dies ist eine der anspruchsvollsten Anwendungen bei der Papiertrocknung. Diese neuartige Kombination der Trocknerkonfiguration stellt eine erhöhte Wärmeübergangsrate an die Bahn W zur Verfügung. Die äußere direkte Infrarotwärme durchdringt die Bahnoberfläche und trocknet den nassen Kern. Solch eine hohe Wärmeübergabe auf beiden Seiten einer dickeren Papierkartonbahn W in den ersten Zylindern der Haupttrockenpartie MD-3 und der Nachtrockenpartie AD ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Bahngeschwindigkeit – oder alternativ – ermöglicht es, die Anzahl der benötigten Zylinder in den Trockenpartien MD-3 und AD zu reduzieren. Die Bahn W ist an dieser Stelle ausreichend getrocknet und es ist deshalb unwahrscheinlich, dass Delamination auftritt.
11 illustriert eine Verbesserung in einem Teil der Maschine in 7, um die Bahntemperatur- und Bahnfeuchte-Querprofile am Einlauf in die schematisch dargestellte Leimpresse SP zu vergleichmäßigen. Die Leimpresse trägt auf die Bahn die Leimflotte auf, z. B. eine stark verdünnte wässrige Suspension von Stärke. Die Bahn sollte am Einlauf in die Leimpresse ein sehr gleichmäßiges Bahnquerprofil für die Temperatur und die Feuchte haben. Das Bahnfeuchtequerprofil wird durch den Scanner 76 gemessen (siehe auch 6 und die zugehörige Beschreibung weiter oben).
Wie in 11 gezeigt, umschlingt die Bahn einen wesentlichen Teil von jedem der beheizten Zylinder in der Trockenpartie MD-3''. In der zur Illustration dargestellten Maschine wird durch den gespannten Filz F ein fester Kontakt der Bahn mit den Zylindern erzeugt, um die Kontaktwärmeübergabe an die Bahn zu ermöglichen. In einer Maschine, die zur Produktion von Papierkarton ausgelegt ist, hat die Bahn (in dieser Phase des Produktionsprozesses) ausreichende Festigkeit und sie steht unter genügend Bahnspannung, um den engen Kontakt mit dem Zylinder auch ohne einen Filz aufrechtzuerhalten. Deshalb wird der Filz nur dort wo nötig verwendet.
Wie in 11 dargestellt, sind zwei Zylinder (beispielsweise) MD-3A und MD-3B in der dritten (letzten) Haupttrockenpartie der Maschine nahe dem Ende dieser Trockenpartie eingebaut. Die Zylinder MD-3A und MD-3B sind schematisch dargestellt; sie sind dieselben wie in den 1–6 dargestellt und wie weiter oben im Zusammenhang mit diesen Figuren beschrieben wird. Die Zylinder MD-3A und MD-3B haben interne Infrarotbrenner 38A. Jeder Infrarotbrenner 38A hat zumindest eine Folge von Infrarotmodulen, angeordnet in Bahnquerrichtung, die parallel zur Zylinderachse ist. Jeder dieser Brennermodule soll einen zugehörigen Streifen seines Zylinders aufheizen, um den zugehörigen Streifen oder Bahnabschnitt in Bahnquerrichtung aufzuheizen und zu trocknen. Diese Brennerabschnitte haben zugehörige Ventile (siehe Ventile 50, dargestellt in 6), um ihre Versorgung mit Brennstoffluftgemisch zu regeln. Diese Ventile werden mit dem Scanner 76 geregelt, der eine geeignete Messapparatur für das Bahnfeuchtequerprofil darstellt.
Die Trockenpartie MD-3'' (11) besitzt am Ende einen Zylinder MD-3C', der von der Bahn umschlungen wird und den Zylindern MD-3A und MD-3B folgt; dieser Zylinder kann in irgendeiner geeigneten Weise gleichförmig in Bahnquerrichtung aufgeheizt werden. Sein Zweck besteht darin, das Bahntemperaturquerprofil zu vergleichmäßigen; manchmal wird ein ungleichförmiges Bahntemperaturquerprofil durch die Ungleichförmigkeit der Zylinder MD-3A und MD-3B erzeugt, deren Funktion es ist, ein gleichmäßiges Bahnfeuchtequerprofil zu erzeugen. Der Zylinder MD-3C' vergleichmäßigt das Bahntemperaturquerprofil.
Die Reihe der Zylinder und der dargestellte Scanner 76 sind geeignet und wirksam, um eine Gleichförmigkeit der Bahnquerprofile vor Einlauf in die Leimpresse SP zu erzeugen. Platzbeschränkungen schließen im Allgemeinen die Verwendung des Scanners 76 direkt am Ausgang der Zylinder, deren Brennermodule 38 durch den Scanner 76 selektiv geregelt werden, aus. Falls Platz zur Verfügung steht, sollte überlegt werden, den Scanner 76 an einer anderen als der gezeigten Stelle einzubauen.
Üblicherweise wird ein konventionelles Glättwerk CS wie in 12 dargestellt (siehe auch 7) in eine Papiermaschine eingebaut, um eine gleichmäßige Dicke und Oberflächenendgüte des Papiers oder Papierkartons zu erzeugen. Wie in der 12 gezeigt, können derselbe Scanner 76 und dieselben Zylinder MD-3A und MD-3B der 11, wie oben beschrieben, vorteilhaft in der Maschine von 7 verwendet werden, selbst wenn die Leimpresse nicht benötigt wird und deshalb weggelassen wird. In der Maschine der 12 könnte eventuell entschieden werden, den Temperaturvergleichmäßigungszylinder MD-3C, der den Feuchtevergleichmäßigungszylindern MD-3A und MD-3B folgt, wegzulassen.
Die 8–12 illustrieren vorteilhafte Änderungen, die in Papiermaschinen durchgeführt werden können, indem man einzelne dampfbeheizte Zylinder durch Zylinder der Art, wie in 1–6 dargestellt, austauscht. Solch ein Zylinderaustausch kann tatsächlich auch bei vorhandenen Papiermaschinen durchgeführt werden, indem man in die Papiermaschine die neuartigen Zylinder, die mit Infrarotbrennern ausgerüstet sind, einbaut. Bei jedem Umbauprogramm sollte man überlegen, die Maschinengeschwindigkeit (wie durch Austausch mit den neuen Zylindern möglich) zu erhöhen oder einige der durch die neuartigen Zylinder überflüssig gewordene Zylinder auszubauen.

Claims

Vorrichtung für die Wärmebehandlung von Bahnen, bestehend aus einem Zylinder (20), der für die Rotation um eine horizontale Achse montiert ist und eine äußere Oberfläche (20a) zur Einwirkung auf eine Bahn (W) hat, die wärmebehandelt werden soll, und eine innere, besonders wärmeabsorbierende Oberfläche (20b), einen Antrieb (29, 30, 32) zum Drehen des Zylinders und im Inneren des Zylinders eine stationäre Struktur (S) mit einer Infrarotstrahleranordnung (38, 38a), die im wesentlichen von einer Stirnseite des Zylinders bis zur anderen Stirnseite des Zylinders reicht, wobei diese besagte Infrarotstrahleranordnung (38, 38a) so gestaltet ist, dass sie einen Emitter (40) mit gasdurchlässigem Material und eine Kammer (44) hinter dem Emitter hat und die Vorderseite beziehungsweise die Verbrennungsoberfläche des Emitters dadurch charakterisiert ist, dass sie im Betrieb glüht und dass diese besagte Verbrennungsoberfläche der besagten inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) gegenübersteht, aber von ihr durch einen Raum (58) für die Aufnahme der Verbrennungsgase getrennt ist und dass die Fläche der besagten Verbrennungsoberfläche so begrenzt ist, dass sie wesentlich kleiner als die wärmeabsorbierende innere Oberfläche ist, so dass nur die innere Oberfläche des Zylinders augenblicklich aufgeheizt wird, die der besagten Verbrennungsoberfläche gegenübersteht, so dass während der Rotation des Zylinders die gesamte innere Oberfläche des Zylinders durch die Strahlung von der besagten Verbrennungsoberfläche des Emitters aufgeheizt wird und dass die Wärme, die sich möglicherweise in der stationären Struktur akkumulieren und potentiell zur Überhitzung der besagten stationären Struktur während des Betriebes der Vorrichtung führen könnte, durch wärmeabsorbierendes Material (56a, 56b und 56c) – das die äußere periphere stationäre Struktur (S) bedeckt – daran gehindert wird und dass mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche, der durch die Infrarotstrahleranordnung eingenommen (38, 38a) wird und mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche (34b), der für die Abführung der Abluftgase offengelassen wird, der besagte Hitzeschutz der besagten inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) gegenübersteht, um die Wärme zu unterbrechen, die gegen die besagte stationäre Struktur von der besagten wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) zurückgestrahlt werden könnte.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner einschließend Mittel (34c, 34, 56), um die in der gesamten stationären Struktur verweilende Luft abzuführen, um die Wärmeakkumulation in der stationären Struktur (S) zu unterbinden, und Mittel umfassend, um kühlere Luft in die besagte stationäre Struktur zu führen, um die Luft auszugleichen, die aus der besagten stationären Struktur abgeführt wurde.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner einschließend einen Abluftkanal (34) in der besagten stationären Struktur (S), der so ausgelegt ist, dass er die Abluftgase aus dem abluftgasaufnehmenden Raum (58) aufnimmt und die Abluftgase an der Stirnseite des Zylinders (20) abführt, wobei die begrenzte Fläche der besagten Verbrennungsoberfläche zusammen mit der gegenüberstehenden inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) einen kreisbogenförmigen Spalt bildet, in den der besagte Abluftkanal, der sich über die Breite des besagten Zylinder erstreckt, hineinführt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, ferner einschließend Mittel in dem Abluftkanal, um einen Fließwiderstand für die Abluftgase aus dem Inneren des Zylinders in den Eingang des Abluftkanals und entlang des Abluftkanals zu erzeugen, wobei der Fließwiderstand variiert, so dass die Massenflußrate in den Eingang des Abluftkanals von Punkt zu Punkt entlang seiner Länge vergleichmäßigt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner einschließend einen ausgedehnten Abluftkanal (34), der sich oberhalb der Achse des Zylinders befindet und sich zwischen zwei sich gegenüberstehenden Enden des Zylinders erstreckt, die den Abluftausgängen (39a) gegenüberstehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner einschließend, dass die besagte Infrarotstrahleranordnung nur einem zylindrischen Segment der wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) gegenübersteht, einschließlich einem ausgedehnten Abluftkanal (34) an der Spitze der stationären Struktur, aber getrennt von der besagten wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) durch einen abluftgasführenden Zwischenraum (58) und der besagte Abluftkanal sich entlang und innerhalb des besagten Zylinders erstreckt und so geformt und ausgelegt ist, dass er Abluftgase aus dem abluftgasempfangendem Zwischenraum (58) aufnimmt und Abschirmvorrichtungen auf der besagten stationären Struktur, die mit der besagten wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) so zusammenwirken, dass sie die heißen Abluftgase von der besagten Infrarotstrahleranordnung zu dem besagten Abluftkanal leiten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Außenseite der besagten stationären Struktur einen kreisbogenförmigen Spalt enthält, der nicht von der besagten Infrarotstrahleranordnung überdeckt wird, die besagte stationäre Struktur einen sich über den besagten Spalt auf Zylinderbreite (20) erstreckenden Abluftkanal (34) enthält, der aber von dem Abluftkanal durch abgestufte Fließwiderstände abgetrennt ist, die entlang dem Abluftkanal angeordnet sind, um Abluftgase aus dem besagten abluftgasempfangendem Raum (58) in den Abluftkanal einzulassen und Mittel (36), um die Abluftgase an den Enden aus dem Kanal zu saugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner einschließend einen Abluftkanal (34), wobei der besagte Abluftkanal (34) Mittel (34c) zum Durchlaß der im Innern der stationären Struktur verweilenden Luft hat, um die Akkumulation von Wärme im Innern der besagten Struktur zu verhindern.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner einschließend, dass die besagte Infrarotstrahleranordnung in Infrarotbrennermodule geteilt ist und jeder Infrarotbrennermodul aus einem Emitter und einer Kammer besteht, die sich über ihren Emitter erstreckt, und die besagten Infrarotbrennermodule (38, 38a) so angeordnet sind, dass sie ringförmige Bänder des Zylinders mit Strahlung aufheizen, ferner, dass modulierende Regelventile (50) vorhanden sind, um das Brennstoff/Luftgemisch in den Kammern der besagten Infrarotbrennermodule zu regeln, sei es individuell oder in Gruppen und dadurch die Aufheizung der besagten ringförmigen Bänder des Zylinders zu regeln.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, ferner einschließend, dass die besagte Infrarotstrahleranordnung in Mehrfach-Infrarotbrennermodule unterteilt ist und diese so angeordnet sind – zumindest teilweise –, dass sie Mehrfachreihen von Infrarotbrennermodulen bilden, wobei jede Reihe aus getrennten Infrarotbrennermodulen (38a) besteht und Infrarotbrenner-Zusatzmodulen (38) zwischen den getrennten Infrarotbrennermodulen (38a), wobei auch modulierende Regelventile (50) eingeschlossen sind, die so eingestellt sind, dass die besagten getrennten Infrarotbrennermodule (38a) mehr Wärme emittieren als die besagten Infrarotbrenner-Zusatzmodule (38), so dass die Randbereiche des Zylinders stärker aufgeheizt werden können.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, ferner einschließend dass die besagte Infrarotbrenneranordnung in Mehrfach-Infrarotbrennermodule unterteilt ist und diese so angeordnet sind – zumindest teilweise –, dass sie Mehrfacheihen-Infrarotbrennermodule bilden, wobei jede Reihe aus abgeteilten Infrarotbrenner-Modulen (38a) besteht und Infrarotbrenner-Zusatzmodulen (38) zwischen den abgeteilten Infrarotbrenner-Modulen (38a); ferner sind modulierende Regelventile (50) eingeschlossen, die so eingestellt sind, dass sie das Brennstoff-Luftgemisch regeln, das zu den besagten abgeteilten Infrarotbrennern (38a) geleitet wird, wobei die besagten abgeteilten Infrarotbrennermodule (38a) so arbeiten – durch Größe und Auslegung bedingt – dass sie mehr Hitze pro Längeneinheit in Bahnlaufrichtung um den Zylinderumfang erzeugen als die besagten Infrarotbrennermodule (38).
Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, ferner einschließend, dass die Zufuhr des Brennstoff-Luftgemisches zu den besagten abgeteilten Infrarotbrennermodulen (38a) so geregelt wird, dass sie auf ein höheres Niveau eingestellt wird, als die geregelte Zufuhr des Brennstoff-Luftgemisches zu den besagten Infrarotbrennermodulen (38), um den Randbereich des Zylinders stärker aufzuheizen.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner einschließend, dass die besagte Infrarotstrahlerordnung viele Infrarotbrennermodule enthält, die in Längsrichtung des Zylinders (quer zur Bahnlaufrichtung) angeordnet sind, wobei zumindest einige der besagten Infrarotbrennermodule einstellbare Vorrichtungen wie in (50) haben, um die Zufuhrrate ihres Brennstoff-Luftgemisches zu regeln und damit das Maschinenquerprofil der Bahn für die Wärmebehandlung der Bahn zu regeln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, ferner einschließend, dass Messmittel (76, 78) eingeschlossen werden, um das Maschinenquerprofil der Bahn zu messen, wobei die besagten einstellbaren Mittel (50) auf die besagten Messmittel reagieren.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner einschließend, dass die besagte Infrarotbrennervorrichtung aus einer Reihe von Infrarotbrennermodulen des spezifizierten Typs besteht, die im wesentlichen an der Längsseite des Zylinders (quer zur Bahnlaufrichtung) verteilt sind, Mitteln für die Messung des Feuchtequerprofils der Bahn in Bahnquerrichtung, und modulierende Versorgungsventile (50), die auf die besagten Messmittel reagieren, um die Versorgungsrate des Brennstoff-Luftgemisches zu den besagten Infrarotbrennermodulen zu regeln, so wie es nötig ist, um die Ungleichförmigkeit des Bahnfeuchtequerprofils der Papierbahn zu korrigieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, ferner einschließend, dass Mittel (76, 78) eingeschlossen werden, um das Bahnfeuchtequerprofil nach dem Kontakt der Bahn mit dem besagten Zylinder zu messen (20), und Mittel (50), die auf die Messmittel reagieren, um die Zufuhr des Brennstoff-Luftgemisches selektiv zu den besagten Infrarotbrennermodulen zu regeln, um die gemessenen Ungleichmäßigkeiten des Bahnfeuchtequerprofils zu korrigieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, ferner einschließend, dass eine Bahntrocknung – überwiegend durch Verdunstung – einer feuchten Faserbahn (W) bei der Produktion von Papier oder Papierkarton stattfindet, wobei die besagte Vorrichtung als Ergänzung einen Zylinder (MD-3C) enthält, der entlang seiner Längsseite (Bahnquerrichtung) gleichmäßig erhitzt wird und der in Kontakt mit der Bahn steht, damit die Bahn nach Verlassen des besagten Zylinders (20) ein gleichmäßiges Feuchtequerprofil hat.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner einschließend dass Trocknung stattfindet – überwiegend durch Verdunstung – einer feuchten faserigen Bahn bei der Produktion von Papier oder Papierkarton, mit der Ergänzung, dass ein ausgedehnter Infrarotbrenner so angeordnet ist, dass er Infrarotstrahlung auf eine Seite der Bahn richtet, während die Gegenseite der Bahn in Kontakt und Zwangsführung mit der äußeren Seite des Zylinders ist.
Vorrichtung Zur Trocknung – zumindest überwiegend durch Verdunstung – einer feuchten faserigen Bahn, wobei die besagte Vorrichtung Aufheizmittel enthält, die aus zumindest einem Aufheizzylinder (MD-1A, MD-1B) zur Aufheizung der Bahn besteht, der zur Rotation um eine Achse montiert ist und der eine äußere Oberfläche (20a) für Kontakt mit der Bahn (W) hat, die wärmebehandelt werden soll und eine innere vorwiegend wärmeabsorbierende Oberfläche (20b) und im Inneren des Zylinders eine stationäre Struktur (S) mit einer Infrarotstrahleranordnung (38, 38a), die im wesentlichen von einer Stirnseite des Zylinders bis zur anderen Stirnseite des Zylinders reicht und diese Infrarotstrahleranordnung (38, 38a) Emitter (40) mit gasdurchlässigem Material und einer Kammer (44) hinter dem Emitter hat, die Vorderseite beziehungsweise die Verbrennungsoberfläche des Emitters dadurch charakterisiert ist, dass sie im Betrieb glüht und diese besagte Verbrennungsoberfläche der wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) gegenübersteht, aber von ihr durch, einen Raum (58) für die Abführung der Verbrennungsgase getrennt ist und die Fläche der Verbrennungsoberfläche so begrenzt ist, dass sie wesentlich kleiner ist als die wärmeabsorbierende innere Oberfläche, so dass nur die innere Oberfläche des Zylinders augenblicklich aufgeheizt wird, die der besagten Verbrennungsoberfläche gegenübersteht und dass während der Rotation des Aufheizzylinders dadurch die gesamte innere Oberfläche des Zylinders durch die Strahlung von der besagten Verbrennungsoberfläche aufgeheizt wird, wobei die Wärme, die sich in der stationären Struktur akkumulieren und potentiell zur Überhitzung der stationären Struktur während des Betriebes der Aufheizmittel führen könnte, durch wärmeabsorbierende Mittel (56a, 56b, 56c), die die äußere periphere stationäre Struktur (S) bedecken, daran gehindert wird, mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche, der durch die Infrarotstrahleranordnung (38, 38a) eingenommen wird und mit Ausnahme des Teiles der besagten Oberfläche, der für die Abführung der Verbrennungsgase offengelassen (34b) wird, dass diese besagtem Wärmeschutzmittel die Strahlung unterbrechen, die von der besagten inneren wärmeabsorbierenden Oberfläche (20b) in Richtung der besagten stationären Struktur reemittiert wird und dass sie weiterhin mehrere aufgeheizte, verdunstungserzeugende Zylinder (MD-1C) einschließt, die nacheinander in Kontakt mit der Bahn sind, nachdem sie die besagten Aufheizvorrichtungen verlassen hat, wobei die kreisbogenförmige Verlängerung der Infrarotbrenneranordnung jedes besagten Aufheizzylinders so ausgelegt ist, dass die Bahn auf eine genügend hohe Bahntemperatur aufgeheizt wird, so dass sie in Kontakt mit mehreren der besagten aufgeheizten, verdunstungserzeugenden Zylinder kommen kann, ohne dass wesentliches Ablagern (picking) der Fasern auftritt, wobei jeder der besagten Aufheizzylinder so ausgelegt ist, dass er die Bahn auf eine so hohe Temperatur aufheizen kann, dass wesentliches Ablagern von Fasern auf dem besagten Aufheizzylinder vermieden wird.
Eine Methode zur Wärmebehandlung einer Bahn, die in Kontakt mit einem aufgeheizten rotierenden Zylinder steht und sich teilweise mit ihm bewegt, wobei der Zylinder durch eine innere stationäre Infrarotstrahleranordnung geheizt wird, die sich von der einen Zylinderstirnseite bis zur anderen Zylinderseite erstreckt und deren Ausdehnung um den Zylinderumfang limitiert ist durch die vorher bestimmte, benötigte begrenzte Wärmekapazität, die durch den Zylinder der Bahn zugeführt werden soll, wenn die Zufuhrrate des Brennstoff-Luftgemisches zu der Infrarotbrenneranordnung zumindest nahe dem Maximum ist, das heißt, nahe der Zufuhrrate, bei der sich die Gasflamme von der Emitteroberfläche beginnt abzuheben, wobei die beschriebene Methode die Rotation des Zylinders bei einer routinemäßigen Maximalgeschwindigkeit einschließt, um die Bahn bei einer routinemäßigen maximalen Rate wärmezubehandeln, während der Zylinder in Kontakt mit der Bahn ist, wobei die Infrarotbrenneranordnung mit der dafür benötigten Rate des Brennstoff-Luftgemisches versorgt wird und dass bei Bahngeschwindigkeitsreduzierung auch die Zylinderrotationsgeschwindigkeit und entsprechend auch die Zufuhrrate des Brennstoff/Luftgemisches zu der Infrarotstrahleranordnung von der Zufuhrrate nahe dem Maximum bis zu der Zufuhrrate nahe dem Minimum reduziert wird, bei der noch eine Verbrennung stattfinden kann.