DE69813914T2

DE69813914T2 - INDUCTION HEATING OF CALENDAR ROLL SURFACES

Info

Publication number: DE69813914T2
Application number: DE69813914T
Authority: DE
Inventors: Ray Downing; Thomas Reese
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2018-12-31
Also published as: ZA997770B; BR9816088A; EP1141482A1; TW458877B; CA2356432C; EP1141482B1; JP2002534294A; CA2356432A1; ES2195444T3; DE69813914D1; WO2000040798A1; AU2018899A

Description

Technical area

Die offenbarte Erfindung bezieht sich auf ein einzigartiges Verfahren und auf eine einzigartige Vorrichtung für das Erwärmen von Kalanderwalzen in einem Kalanderwalzensystem, bei dem die Walzen leicht ausgetauscht werden können. Die offenbarte Heizung ist beim Verfahren für die Bildung von Reifenkomponenten mit vorgegebenen Querschnitten besonders geeignet.The disclosed invention relates to a unique method and apparatus for heating calender rolls in a calender roll system in which the rolls can be easily replaced. The disclosed heater is particularly suitable for use in the process of forming tire components with predetermined cross-sections.

Technical background

Herkömmliche Heizverfahren für Kalanderwalzen umfassen das Erwärmen mit heißem Wasserdampf und das Erwärmen über elektrische Widerstände. Jedoch dauert das Erwärmen der gesamten Walze bei den herkömmlichen Heizverfahren sehr lange.Conventional heating methods for calender rolls include heating with hot steam and heating via electrical resistances. However, heating the entire roll takes a very long time using conventional heating methods.

Das Erwärmen von Walzen durch Induktion ist ebenfalls an sich bekannt. Bei der Induktionserwärmung kann das Erwärmen der Walze sowohl selektiv als auch schnell erfolgen. Induktions-Heizvorrichtungen werden üblicherweise nach der Frequenz des induzierten Stroms klassifiziert. Niederfrequenz-Heizvorrichtungen induzieren in der Last gewöhnlich Strom mit der Netzfrequenz. Eine Mittelfrequenz-Induktions-Heizvorrichtung induziert Ströme mit Frequenzen zwischen 180 und 540 Hz, während eine Hochfrequenz-Heizvorrichtung Ströme von 1000 Hz aufwärts induziert.Heating of rolls by induction is also known per se. In induction heating, heating of the roll can be both selective and rapid. Induction heaters are usually classified according to the frequency of the induced current. Low frequency heaters usually induce current in the load at the mains frequency. A medium frequency induction heater induces currents at frequencies between 180 and 540 Hz, while a high frequency heater induces currents from 1000 Hz upwards.

Das US-Patent 5,571,066 offenbart das Erwärmen der Enden einer Kalanderwalze. Ein externes System für elektromagnetische Induktion erwärmt die gesamte Arbeitsfläche der Walze, während ein internes Heizsystem mit elektrischen Widerständen die Walze von innen erwärmt. Im Normalbetrieb ist nur das externe Heizsystem aktiv. Das interne Heizsystem muss verwendet werden, um die Walze auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen.US Patent 5,571,066 discloses heating the ends of a calender roll. An external electromagnetic induction system heats the entire working surface of the roll, while an internal heating system with electrical resistors heats the roll from the inside. In normal operation, only the external heating system is active. The internal heating system must be used to bring the roll to the required operating temperature.

Das US-Patent 5,123,340 offenbart das Erwärmen von Soft-Kalander- und Super-Kalanderwalzen. Die Walzen sind mit einer wärmeleitenden Beschichtung versehen.US Patent 5,123,340 discloses the heating of soft calender and super calender rolls. The rolls are provided with a heat-conductive coating.

US-Patent 5,111,564 offenbart zwei Induktions-Heizspulen an den entgegengesetzten Enden einer Walze. Die Induktionsheizung ergänzt das hydraulische Erwärmen des Mittelabschnitts der Walze.US Patent 5,111,564 discloses two induction heating coils at the opposite ends of a roll. The induction heating supplements the hydraulic heating of the central portion of the roll.

Das US-Patent 5,074,019 offenbart die Verwendung von Hochfrequenz- Induktions-Heizspulen innerhalb und außerhalb einer Kalanderwalze. Mehrere Spulen sind gleichmäßig über die gesamte Walze verteilt. Zum gleichmäßigen Erwärmen kann entlang der Außenseite der Walze eine entsprechende Bank von Induktions-Heizspulen angeordnet sein.US Patent 5,074,019 discloses the use of high frequency induction heating coils inside and outside a calender roll. Several coils are evenly distributed over the entire roll. For even heating, a corresponding bank of induction heating coils can be arranged along the outside of the roll.

Fast sämtliche der oben erwähnten Patente des Standes der Technik betreffen die geringfügige Vergrößerung des Walzendurchmessers bei der Durchführung eines Papierherstellungsprozesses. Die Referenzen des Standes der Technik sagen nichts über das Erwärmen einer Kalanderwalze an einem einzelnen Ort des Kalandrierprozesses aus, wobei für den Betrieb im Kalandrierprozess wenigstens eine Walze gelegentlich durch eine andere Walze ersetzt wird.Almost all of the above-mentioned prior art patents concern the slight increase in roll diameter when carrying out a papermaking process. The prior art references do not mention heating a calender roll at a single location in the calendering process, with at least one roll being occasionally replaced by another roll for operation in the calendering process.

Die US-Patente 5,513,560 und 5,762,740, die hier beide durch Literaturhinweis eingefügt sind, offenbaren ein Schnellumstellungsverfahren und eine Schnellumstellungsvorrichtung für eine Kalandriervorrichtung 200. Die offenbarte Vorrichtung 200 wird zum Bilden eines Laminats aus einer Reihe von Reifenkomponenten, die einen Reifenmantel bilden, verwendet. Jede Kalanderbaueinheit 302 enthält zwei Kalanderwalzen 350, 352, die in Fig. 7 gezeigt sind. Die Walzen 350, 352 werden zu der Baueinheit 302 durch einen hochliegend verfahrbaren Transfermechanismus 400 geliefert.U.S. Patents 5,513,560 and 5,762,740, both incorporated herein by reference, disclose a quick changeover method and apparatus for a calendering apparatus 200. The disclosed apparatus 200 is used to form a laminate from a series of tire components that form a tire casing. Each calendering assembly 302 includes two calender rolls 350, 352 shown in Figure 7. The rolls 350, 352 are delivered to the assembly 302 by an overhead travelable transfer mechanism 400.

Während der Durchführung des Kalandrierprozesses können die Kalanderwalzen 350, 352 intern erwärmt oder gekühlt werden. Das Heizmittel 335 enthält ein Widerstandsheizelement, das durch eine Öffnung in den Naben 314 oder 316 eingeführt ist. Die internen Heizelemente 335 werden verwendet, wenn das zu verarbeitende Material einer erwärmten Umgebung wirksamer ausgesetzt werden kann.During the performance of the calendering process, the calender rolls 350, 352 may be internally heated or cooled. The heating means 335 includes a resistive heating element inserted through an opening in the hubs 314 or 316. The internal heating elements 335 are used when the material being processed can be more effectively exposed to a heated environment.

Obwohl das Heizmittel für das interne Erwärmen der Walzen 350, 352 ausreichend ist, wird ein größerer Wirkungsgrad des Kalandrierprozesses erzielt, wenn die Walzen 350, 352 vor der Walzenlieferung in die Kalanderbaueinheit 302 erwärmt werden.Although the heating medium for internally heating the rolls 350, 352 is sufficient, greater efficiency of the calendering process is achieved if the rolls 350, 352 are heated prior to roll delivery into the calender assembly 302.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbesserung der Schnellumstellungsvorrichtung für eine Kalandriervorrichtung gerichtet. Vor dem Einsetzen der Walzen 350, 352 in eine Kalanderbaueinheit 302 werden diese in einer Heizstation erwärmt. Das Erwärmen der Walzen 350, 352 vor dem Einsetzen in die Kalanderbaueinheit 302 ermöglicht einen schnellen Anlauf des Kalandriervorgangs, so dass nicht gewartet werden muss, bis die Walzen durch die formal offenbarten Heizmittel erwärmt worden sind.The present invention is directed to an improvement in the quick changeover device for a calendering device. Before the rolls 350, 352 are inserted into a calendering assembly 302, they are heated in a heating station. Heating the rolls 350, 352 before insertion into the calendering assembly 302 enables a quick start of the calendering process, so that there is no need to wait until the rolls have been heated by the heating means as formally disclosed.

Die internen Heizmittel können verwendet werden, um die Walzentemperatur aufrechtzuerhalten.The internal heating means can be used to maintain the roller temperature.

Für die Heizstation ist das Erwärmen durch Induktion das bevorzugte Heizverfahren. Das Erwärmen durch Induktion bewirkt eine nahezu sofortige Erwärmung der Walzen und ist ein effizienteres Heizverfahren.For the heating station, induction heating is the preferred heating method. Induction heating provides almost instantaneous heating of the rollers and is a more efficient heating method.

Summary of the invention

Diese Erfindung ist ein verbessertes Verfahren für die Kalandrierung eines Materials. Das Material wird durch wenigstens eine Kalanderwalze kalandriert, wobei die Walze mit einer vorgegebenen Betriebstemperatur arbeitet. Die Kalanderwalzen werden von Zeit zu Zeit durch andere Walzen ersetzt. Vor dem Einsetzen der neuen Walze in ihre Kalandrierposition in der Kalandriervorrichtung wird sie mittels einer Heizquelle von einer Temperatur, die niedriger als die Betriebstemperatur ist, auf die Betriebstemperatur erwärmt. Die bevorzugte Soll-Betriebstemperatur liegt im Bereich zwischen 180 und 260ºF.This invention is an improved method for calendering a material. The material is calendered by at least one calender roll, the roll operating at a predetermined operating temperature. The calender rolls are replaced from time to time with other rolls. Before inserting the new roll into its calendering position in the calendering apparatus, it is heated by a heat source from a temperature lower than the operating temperature to the operating temperature. The preferred target operating temperature is in the range of 180 to 260°F.

Das Material kann durch ein Paar zusammengehöriger Walzen kalandriert werden, wobei dieses Paar durch ein anderes Paar zusammengehöriger Walzen ersetzt werden kann.The material can be calendered by a pair of matching rollers, which pair can be replaced by another pair of matching rollers.

Das bevorzugte Verfahren zum Erwärmen der Kalanderwalzen ist das Erwärmen durch Induktion. Die Induktions-Heizspulen werden vorzugsweise bei einer Frequenz im Bereich zwischen 7 und 11 kHz betrieben.The preferred method for heating the calender rolls is heating by induction. The induction heating coils are preferably operated at a frequency in the range between 7 and 11 kHz.

Das offenbarte Verfahren zum Erwärmen der Kalanderwalzen kann außerdem beim Nachwärmen von Walzen, die aus der Kalandrierposition in der Kalandriervorrichtung entfernt worden sind, angewendet werden.The disclosed method for heating the calender rolls can also be applied to reheat rolls that have been removed from the calendering position in the calendering device.

Die offenbarte Heizstation ermöglicht außerdem ein Erwärmen der Walzen vor ihrem Einsetzen in die Kalandriervorrichtung oder ein Nachwärmen von Walzen, um sie für eine bestimmte Zeit auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Wenn die Walze nach ihrem Erwärmen für eine bestimmte Zeit auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, kann die Walzentemperatur nach dem Erreichen der Solltemperatur konstant gehalten oder verändert werden, falls die Walze auf eine Temperatur erwärmt worden ist, die über der Betriebstemperatur liegt, und während der Haltezeit ein Abkühlen auf die Betriebstemperatur ermöglicht werden.The disclosed heating station also allows heating of the rolls before inserting them into the calendering device or post-heating of rolls to keep them at a certain temperature for a certain time. If the roll is kept at a certain temperature for a certain time after it has been heated, the roll temperature can be kept constant after the target temperature has been reached or can be changed if the roll has been heated to a temperature that is above the operating temperature and cooling to the operating temperature can be allowed during the holding time.

Short description of the drawings

Die Erfindung wird beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:The invention will be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 einen Überblick über die Schnellumstellungsvorrichtung gibt;Fig. 1 gives an overview of the quick changeover device;

Fig. 2 eine einzelne Heizstufe zeigt;Fig. 2 shows a single heating stage;

Fig. 3 eine Heizstufe mit einem Paar Kalanderwalzen darüber zeigt;Fig. 3 shows a heating stage with a pair of calender rolls above it;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht von Fig. 3 ist;Fig. 4 is a cross-sectional view of Fig. 3;

Fig. 5 die Induktions-Heizspule zeigt;Fig. 5 shows the induction heating coil;

Fig. 6 die Induktions-Heizspule ohne die Hauptverstrebung zeigt;Fig. 6 shows the induction heating coil without the main bracing;

Fig. 7 eine Kalanderbaueinheit zeigt.Fig. 7 shows a calender assembly.

Detailed description of the invention

Fig. 1 gibt einen Überblick über die Schnellumstellungs-Kalandriervorrichtung. Wie in den US-Patenten 5,513,560 und 5,762,740 offenbart ist, wird die Vorrichtung 200 zum Bilden eines Laminats aus einer Reihe von Reifenkomponenten verwendet, wobei das Verfahren zum Bilden eines Reifenmantels aus mehreren Reifenkomponenten besonders vorteilhaft ist. Die Vorrichtung 200 zum Bilden von Reifenmänteln besteht aus mehreren Kalandriervorrichtungen 300. Jede Kalanderbaueinheit 302 umfasst zwei Kalanderwalzen 350, 352. An jeder Kalandriervorrichtung 300 wird das Laminat durch die Kalanderwalzen 350, 352 in eine vorgegebene Konfiguration kalandriert. Die Kalanderwalzen 350, 352 werden durch einen hochliegend verfahrbaren Transfermechanismus 400 aus einem anfänglichen Walzen-Arbeitszwischenbereich 420 an die Baueinheit 302 geliefert. Der Transfermechanismus 400 ermöglich das Entfernen der Walzen 350, 352 aus der Kalandriervorrichtung 300 und das Austauschen durch andere Kalanderwalzen mit anderen Profilkonfigurationen, falls Laminate mit anderen vorgegebenen Konfigurationen, die entweder die gesamte Laminatkonfiguration oder einzelne Komponenten des Laminats betreffen, gebildet werden sollen. Zur näheren Abhandlung der unterschiedlichen Profile der Walzen 350, 352, der Kalandriervorrichtung 300 und des hochliegend verfahrbaren Transfermechanismus 400 sei auf die US-Patente 5,513,560 und 5,762,740 verwiesen.Fig. 1 provides an overview of the quick change calendering apparatus. As disclosed in U.S. Patents 5,513,560 and 5,762,740, the apparatus 200 is used to form a laminate from a number of tire components, the method being particularly advantageous for forming a tire casing from multiple tire components. The apparatus 200 for forming tire casings consists of a plurality of calendering devices 300. Each calender assembly 302 includes two calender rolls 350, 352. At each calendering device 300, the laminate is calendered by the calender rolls 350, 352 into a predetermined configuration. The calender rolls 350, 352 are delivered to the assembly 302 by an overhead travel transfer mechanism 400 from an initial intermediate roll working area 420. The transfer mechanism 400 allows the rolls 350, 352 to be removed from the calendering device 300 and replaced with other calender rolls having different profile configurations if laminates having other predetermined configurations affecting either the overall laminate configuration or individual components of the laminate are to be formed. For a more detailed discussion of the different profiles of the rolls 350, 352, the calendering device 300 and the overhead travel transfer mechanism 400, see U.S. Patents 5,513,560 and 5,762,740.

Beim Bilden des Laminats aus einer Reihe von Komponenten kann der Bildungsprozess durch das Erwärmen der Walzen 350, 352 unterstützt werden. Die Kalanderwalzen 350, 352 können, wie oben erwähnt wurde, intern erwärmt werden. Das oben erwähnte Verfahren und die oben erwähnte Vorrichtung werden durch den Einschluss des Heizbereichs 800, der sich zwischen dem Walzen-Arbeitszwischenbereich 420 und der Reifenkomponenten-Bildungsvorrichtung 200 befindet, verbessert.When forming the laminate from a series of components, the forming process may be assisted by heating the rolls 350, 352. The calender rolls 350, 352 may be heated internally as mentioned above. The above-mentioned method and apparatus are further enhanced by the inclusion of the heating region 800, located between the roller working intermediate region 420 and the tire component forming device 200.

Der Heizbereich 800 besteht aus mehreren Heizstufen 802, wobei jede Station vorzugsweise einer Kalandriervorrichtung 300 in der Reifenkomponenten-Bildungsvorrichtung 200 entspricht. Es können weniger Heizstufen vorhanden sein, falls festgestellt wird, dass an bestimmten Orten im Kalandrierprozess ein externes Erwärmen der Walzenoberfläche nicht erwünscht ist. Die Reihe von Heizstufen 802 kann durch einen Rahmen, der sich von der ersten Heizstufe bis zur letzten Heizstufe (nicht gezeigt) erstreckt, verbunden sein.The heating area 800 consists of a plurality of heating stages 802, each station preferably corresponding to a calendering device 300 in the tire component forming apparatus 200. There may be fewer heating stages if it is determined that external heating of the roll surface is not desired at certain locations in the calendering process. The series of heating stages 802 may be connected by a frame extending from the first heating stage to the last heating stage (not shown).

In Fig. 2 ist eine einzelne Heizstufe 802 ohne die Walzen 350, 352, die darüber erwärmt werden sollen, gezeigt. Die Heizstufe 802 besitzt eine Rahmenstruktur 804. In der Heizstufe 802 dreht sich eine Antriebswalze 806. Die Antriebswalze 806 wird vom Motor 808 angetrieben. An den sich gegenüberliegenden Seiten der Stufe 802 befindet sich ein Paar nicht angetriebener Walzen 810. Jede nicht angetriebene Walze 810 ist so angebracht, dass sie ein freies Drehen der Walze 812 zulässt. Zwischen jeder nicht angetriebenen Walze 810 und der Antriebswalze 806 befindet sich ein Heizmittel 812. Das Heizmittel 812 erstreckt sich über die Länge der Stufe 802, die im Allgemeinen der Länge der nicht angetriebenen Walzen 810 entspricht. Das Heizmittel 812 verwendet vorzugsweise Induktions- Heizspulen 814, die sich im Wesentlichen über ihre gesamte Länge erstrecken.In Fig. 2, a single heating stage 802 is shown without the rollers 350, 352 to be heated above it. The heating stage 802 has a frame structure 804. A drive roller 806 rotates in the heating stage 802. The drive roller 806 is driven by the motor 808. On opposite sides of the stage 802 are a pair of non-driven rollers 810. Each non-driven roller 810 is mounted to allow the roller 812 to rotate freely. Between each non-driven roller 810 and the drive roller 806 is a heating means 812. The heating means 812 extends the length of the stage 802, which generally corresponds to the length of the non-driven rollers 810. The heating means 812 preferably uses induction heating coils 814 that extend substantially their entire length.

Die Kalanderwalzen 350, 352 werden der Heizstufe 802 durch den hochliegend verfahrbaren Transfermechanismus 400 geliefert. Die Walzen 350, 352 können paarweise zusammengefasst sein, wobei an vorgegebenen Orten radial über dem Kalanderwalzenpaar 350, 352 wenigstens ein Paar Abstreicher 320 seitlich angeordnet ist. Siehe Fig. 3. Jeder Abstreicher 320 besitzt ein Paar in der Form angepasster starrer Elemente 324, die genau über und zwischen die beiden Walzen 350, 352 passen. Die Abstreicher 320 sorgen für eine seitliche Abstützung der Walzen 350, 352, wobei ein Überfließen von kalandriertem Material während des Bildens des Reifenmantels an der Reifenkomponenten-Bildungsvorrichtung 300 verhindert wird.The calender rolls 350, 352 are delivered to the heating stage 802 by the overhead movable transfer mechanism 400. The rolls 350, 352 can be combined in pairs, with at least one pair of Scrapers 320 are arranged laterally. See Fig. 3. Each scraper 320 has a pair of shaped rigid elements 324 which fit snugly over and between the two rollers 350, 352. The scrapers 320 provide lateral support to the rollers 350, 352, preventing overflow of calendered material during formation of the tire casing on the tire component forming apparatus 300.

Wenn die Kalanderwalzen 350, 352 an der Heizstufe 802 angebracht sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, liegt jede von ihnen an der Antriebswalze 806 und an der nicht angetriebenen Walze 810 an. Wenn sich die Antriebswalze 806 in der durch den Richtungspfeil angegebenen Richtung dreht, dreht sich jede Kalanderwalze 350, 352 wie angegeben in der entgegengesetzten Richtung. Durch den Kontaktpunkt bedingt, dreht sich die nicht angetriebene Walze 810 wie angegeben in derselben Richtung wie die Antriebswalze 806.When the calender rolls 350, 352 are attached to the heating stage 802, as shown in Figure 4, each of them abuts the drive roll 806 and the non-driven roll 810. When the drive roll 806 rotates in the direction indicated by the directional arrow, each calender roll 350, 352 rotates in the opposite direction as indicated. Due to the point of contact, the non-driven roll 810 rotates in the same direction as the drive roll 806 as indicated.

Die Kalanderwalzen 350, 352 befinden sich in nächster Nähe der Heizmittel 812. Die Heizquelle 812 kann wie gezeigt im Rahmen 804 in einem Neigungswinkel angeordnet sein, um für die enge Nähe der Heizquelle 812 zu den Walzen 350, 352 zu sorgen. Jeder Walze 350, 352 ist eine einzelne Heizquelle 812 zugeordnet.The calender rolls 350, 352 are located in close proximity to the heating means 812. The heating source 812 can be arranged in the frame 804 at an inclined angle as shown to provide close proximity of the heating source 812 to the rolls 350, 352. Each roll 350, 352 is associated with a single heating source 812.

Die bevorzugten Endtemperaturen der Walzen 350, 352 liegen zwischen etwa 140 und 260ºF (60 bis 126ºC). Die Anfangstemperatur der Walzen 350, 352 kann sich zwischen der Zimmertemperatur und der Endtemperatur bewegen; d. h., dass die Walzen-Anfangstemperaturen zwischen 60 und 260ºF (15 bis 126ºC) betragen. Obwohl die Mehrzahl der Walzen, die in der Heizstufe 802 erwärmt werden, etwa auf Zimmertemperatur sind, können sie auch von der Reifenkomponenten-Bildungsvorrichtung 300 an die Heizstufe 802 geliefert worden sein, um sie nachzuwärmen oder ihre Temperatur aufrechtzuerhalten.The preferred final temperatures of the rollers 350, 352 are between about 140 and 260ºF (60 to 126ºC). The initial temperature of the rollers 350, 352 may range between room temperature and the final temperature; that is, the initial roller temperatures may be between 60 and 260ºF (15 to 126ºC). Although the majority of the rollers heated in the heating stage 802 are at about room temperature, they may also be heated by the tire component forming apparatus 300 at the heating stage 802 may have been supplied to reheat it or maintain its temperature.

Am Heizrahmen 804 sind in der Nähe der Walzen 350, 352 Temperatursensoren angebracht, um die Temperatur der Walzen zu bestimmen. Diese Daten werden an einen Regler (nicht gezeigt) geliefert, um den Heizzyklus der Heizmittel und die Walzengeschwindigkeit zu beeinflussen. Die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen 350, 352 spielt auch beim Wärmeprozess eine Rolle. Die Geschwindigkeit, mit der sich jede Walze 350, 352, 806, 810 dreht, bestimmt die Zeitspanne, für die ein Abschnitt der Walzen 350, 352 in dem von dem Heizmittel 812 erzeugten Wärmefeld verweilt. Aus diesem Grund wird außerdem eine Walzengeschwindigkeit-Rückkopplungseinrichtung, die die Geschwindigkeitsdaten an den Regler liefert, eingesetzt.Temperature sensors are mounted on the heating frame 804 near the rollers 350, 352 to determine the temperature of the rollers. This data is provided to a controller (not shown) to affect the heating cycle of the heating means and the roller speed. The rotational speed of the rollers 350, 352 also plays a role in the heating process. The speed at which each roller 350, 352, 806, 810 rotates determines the amount of time a portion of the rollers 350, 352 will remain in the heat field created by the heating means 812. For this reason, a roller speed feedback device is also used to provide the speed data to the controller.

Der Heizungstyp, der verwendet werden kann, umfasst Heizmittel durch Induktion, Heizmittel durch kapazitive Hochfrequenz und Strahlungsheizmittel. Die kapazitive Hochfrequenzerwärmung kann vollzogen werden, indem die aus einem nominell nichtleitenden Material gebildeten Walzen 350, 352 einem elektrischen Wechselfeld unterworfen werden. Das Heizgerät durch kapazitive Hochfrequenz arbeitet bei einer Frequenz von über 10 MHz.The type of heating that can be used includes induction heating means, capacitive high frequency heating means and radiant heating means. Capacitive high frequency heating can be accomplished by subjecting the rollers 350, 352 formed of a nominally non-conductive material to an alternating electric field. The capacitive high frequency heating device operates at a frequency of over 10 MHz.

Wie oben angemerkt wurde, ist das bevorzugte Verfahren das Erwärmen durch Induktions-Heizspulen 814. Wenn sich die Walzen 350, 352 drehen, durchquert die Oberfläche jeder Walze 350, 352 kontinuierlich das durch die zugeordnete Induktionsspule 814 erzeugte Induktionsfeld. Beim Erwärmen durch Induktion liegt der Spalt zwischen einem Heizmittel 812 und der zugeordneten Walze 350 oder 352 an der engsten Stelle im Bereich zwischen 1/16" und 1/2" (1,58 und 12,7 mm), wobei ein Abstand von 5/32" (3,97 mm) bevorzugt wird. Wenn der Spalt zu groß ist, nimmt der Heizwirkungsgrad der Induktionsspulen 814 ab.As noted above, the preferred method is heating by induction heating coils 814. As the rollers 350, 352 rotate, the surface of each roller 350, 352 continuously traverses the induction field created by the associated induction coil 814. When heated by induction, the gap between a heating means 812 and the associated roller 350 or 352 at its narrowest point is in the range of 1/16" to 1/2" (1.58 to 12.7 mm), with a distance of 5/32" (3.97 mm) is preferred. If the gap is too large, the heating efficiency of the 814 induction coils will decrease.

Die bevorzugten Induktions-Heizmittel 812 sind in den Fig. 5 und 6 genauer gezeigt. Die Induktionsspule 814 ist vom herkömmlichen Typ, der auf Grund seiner auf einer Seite liegenden Heizung als Reflexionsspule in Flachbauweise bekannt ist, und vorzugsweise aus einem rechtwinkligen Kupferrohr gebildet. Die Induktionsspule 814 wird von einer Gruppe von Stützverstrebungen 816 gehalten. Jede Verstrebung 816 umfasst eine Hauptverstrebung 818 und eine Winkelverstrebung 820. Für die Anbringung können auch Tragarme 822 verwendet werden. Die Induktionsspule 814 ist über mehrere Messingarmaturen 824 an der an der Winkelverstrebung 820 befestigt. Es können andere herkömmliche Befestigungsmittel verwendet werden. Die Hauptanforderung ist, dass die Befestigungsmittel aus nichtleitenden, isolierenden Materialien bestehen.The preferred induction heating means 812 is shown in more detail in Figures 5 and 6. The induction coil 814 is of the conventional type known as a flat-face reflection coil due to its one-sided heating and is preferably formed from a rectangular copper tube. The induction coil 814 is supported by a set of support struts 816. Each strut 816 includes a main strut 818 and an angle strut 820. Support arms 822 may also be used for mounting. The induction coil 814 is attached to the angle strut 820 via a number of brass fittings 824. Other conventional fastening means may be used. The main requirement is that the fastening means be made of non-conductive, insulating materials.

Die Spule 814 ist an einem Paar Kupferplatten 826 angebracht. Jede Kupferplatte 826 ist L-förmig. Der schmale Schenkel 828 der L-förmigen Platte besitzt Mittel 830 zur Befestigung an der Stromversorgung. Der lange Schenkel 832 der L-förmigen Platte besitzt Mittel 834 zum Befestigen der zwei Platten aneinander. Zwischen den zwei Platten befindet sich ein TEFLON-Distanzstück 836. Das Distanzstück 836 dient dazu, die positiv und negativ geladenen Platten 826 voneinander getrennt zu halten. Die Platten 826 und das Distanzstück 836 sind über Nylon-Mutter-und- Schraube-Verbindungen befestigt.The coil 814 is attached to a pair of copper plates 826. Each copper plate 826 is L-shaped. The narrow leg 828 of the L-shaped plate has means 830 for attachment to the power supply. The long leg 832 of the L-shaped plate has means 834 for attaching the two plates together. Between the two plates is a TEFLON spacer 836. The spacer 836 serves to keep the positively and negatively charged plates 826 separated from each other. The plates 826 and the spacer 836 are attached via nylon nut and bolt connections.

Von der Unterseite der Spule 814 in der Nähe jeder Kupferplatte 826 erstreckt sich der Einlass 838 für ein Kühlmittel, typischerweise destilliertes Wasser, jedoch können andere herkömmliche Kühlmittel, die durch die Induktionsspule 814 zirkulieren, verwendet werden. Das Kühlmittel bewegt sich in beiden Richtungen längs des mittleren Schenkels 840 der Spule, teilt sich an den entgegengesetzten Enden 842, 844 auf und kehrt den äußeren Schenkeln 846, 848 der Spule entlang zurück. Das Kühlmittel tritt durch das zangenförmige Rohr 850 und den Auslassschenkel 852 aus. Wie die Spule 814 sind das zangenförmige Rohr 850 sowie der Einlass 838 und der Auslass 852 aus Kupferrohr. Vorzugsweise bestehen der Einlass 838 und der Auslass 852 wie gezeigt aus einem runden Rohr, jedoch können sie auch aus einem quadratischen Rohr bestehen. Während des Betriebs zeigt die Induktionsspule 814 keine nennenswerte Wärmeentwicklung, da sie innen mit dem zirkulierenden Kühlmittel gekühlt wird.Extending from the bottom of the coil 814 near each copper plate 826 is the inlet 838 for a coolant, typically distilled water, but other conventional coolants circulating through the induction coil 814 may be used. The coolant moves in both directions along the central leg 840 of the coil, splits at the opposite ends 842, 844 and returns along the outer legs 846, 848 of the coil. The coolant exits through the pincer-shaped tube 850 and the outlet leg 852. Like the coil 814, the pincer-shaped tube 850 and the inlet 838 and outlet 852 are made of copper tubing. Preferably, the inlet 838 and outlet 852 are made of a round tube as shown, but they may also be made of a square tube. During operation, the induction coil 814 does not exhibit any significant heat generation since it is internally cooled by the circulating coolant.

Der Stromfluss durch die Induktionsspule 814 führt durch diese längs eines entgegengerichteten Pfads. Der Strom fließt durch eine Kupferplatte 826 der äußeren Spulenschenkel 846, 848 entlang, vereinigt sich an einem ersten Spulenende 842 oder 844, fließt dem mittleren Schenkel 840 entlang, teilt sich an dem entgegengesetzten Ende 844 oder 842 und fließt durch die übrigen Schenkel 846, 848 in die obere Kupferplatte 826. Da der durch die Spule fließende Strom ein Wechselstrom ist, wechselt der Strompfad mit jedem Zyklus die Richtung.The current flow through the induction coil 814 passes through it along an opposite path. The current flows through a copper plate 826 along the outer coil legs 846, 848, joins at a first coil end 842 or 844, flows along the middle leg 840, splits at the opposite end 844 or 842, and flows through the remaining legs 846, 848 into the upper copper plate 826. Since the current flowing through the coil is alternating, the current path changes direction with each cycle.

Um den Strom, der dem mittleren Schenkel 840 der Spule 814 entlang fließt, dazu zu bringen, ein stärkeres Induktionsfeld über der Spule 814 zu erzeugen, werden längs der Unterseiten des mittleren Schenkels Flusskonzentratoren 854 gestapelt. Die Konzentratoren 854 sind lediglich in einem Teil der Spule 814 gezeigt; jedoch sind die Konzentratoren 854 über die gesamte Länge der Spule 814 angeordnet. Die Konzentratoren 854 erhöhen den Heizwirkungsgrad des offenbarten Systems. Die Konzentratoren 854 aus einem herkömmlichen bekannten Material sind dünne U-förmige Elemente. Die Konzentratoren 854 füllen den Raum zwischen den gestreckten Zapfen 856, die längs des mittleren Schenkels 840 in einem Abstand angeordnet sind, aus. Um den Wirkungsgrad des Induktionsfeldes zu erhöhen, ist nahezu alle 1/4" (etwa 6,35 mm) ein Isolationsteil zwischen die Flusskonzentratoren 854 gesetzt, das die gleiche Form wie diese besitzt. Die Isolationsteile unterbrechen jeden Strom, der versucht, durch die Flusskonzentratoren 854 zu fließen. Ohne die Isolierung würden sich die Konzentratoren 854 unnötig erwärmen und Energie verbrauchen, die ansonsten an die Walzen 350, 352 übertragen werden könnte.To cause the current flowing along the central leg 840 of the coil 814 to create a stronger induction field across the coil 814, flux concentrators 854 are stacked along the bottoms of the central leg. The concentrators 854 are shown in only a portion of the coil 814; however, the concentrators 854 are arranged along the entire length of the coil 814. The concentrators 854 increase the heating efficiency of the disclosed system. The concentrators 854 are made of a conventional known material and are thin U-shaped elements. The concentrators 854 fill the space between the elongated pins 856 which are spaced apart along the central leg 840. To increase the efficiency of the induction field, an insulating member of the same shape as the flux concentrators 854 is placed between them nearly every 1/4" (about 6.35 mm). The insulating members interrupt any current attempting to flow through the flux concentrators 854. Without the insulation, the concentrators 854 would heat up unnecessarily and consume energy which could otherwise be transferred to the rollers 350, 352.

Als Schutz kann an der Oberseite der Heizmittel 812 eine Abdeckung 858 angebracht sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Abdeckung 855 ist an den Verstrebungen 820 befestigt.For protection, a cover 858 may be attached to the top of the heating means 812, as shown in Fig. 4. The cover 858 is attached to the struts 820.

Die Wattleistung und deren Frequenz, die an die Spulen geliefert werden, werden durch die Regler verändert. Die Wattleistung steuert die in den Walzen 350, 352 erzeugte Wärmemenge. Die Frequenz der Leistung für die Spulen 814 steuert die Tiefe der Wärmeerzeugung. Bei relativ hohen Frequenzen wird der größte Teil der Wärme an oder in der Nähe der äußeren Oberfläche der Walzen 350, 352 induziert. Bei niedrigen Frequenzen dringt die Wärme tiefer in die Walzen 350, 352 ein. Typischerweise führt die Verwendung hoher Frequenzen zu einem wirksameren Erwärmen der Walzen 350, 352. Aus diesem Grund arbeitet das offenbarte System bei relativ hohen Frequenzen und schmalem Luftspalt zwischen der Walze und der Spulenfläche.The wattage and frequency delivered to the coils are varied by the controllers. The wattage controls the amount of heat generated in the rollers 350, 352. The frequency of the power to the coils 814 controls the depth of heat generation. At relatively high frequencies, most of the heat is induced at or near the outer surface of the rollers 350, 352. At low frequencies, the heat penetrates deeper into the rollers 350, 352. Typically, using high frequencies results in more effective heating of the rollers 350, 352. For this reason, the disclosed system operates at relatively high frequencies and a narrow air gap between the roller and the coil surface.

Bei der offenbarten Erfindung liegt die Frequenz im Bereich zwischen 1 und 20 kHz, vorzugsweise zwischen 7 und 11 kHz. Wenn die verwendete Frequenz zu niedrig ist, wird ein hörbares Geräusch erzeugt, das in der Nähe befindliche Personen stark belastet. Während des Betriebs der Induktionsspule 814 im bevorzugten Frequenzbereich für diese Spule wird die Walze 350 oder 352 bis in eine begrenzte Tiefe erwärmt. Der übrige Teil der Walze 350 oder 352 wird durch Mittel mit herkömmlicher Wärmeleitung erwärmt, da die von ihnen induzierte Wärme tiefer in die Walzen 350, 352 geleitet wird. Die Kombination aus Erwärmen durch Induktion und Erwärmen durch Wärmeleitung optimiert den Energieverbrauch der Heizstation 802 und zieht einen Vorteil aus dem Walzenmaterial.In the disclosed invention, the frequency is in the range between 1 and 20 kHz, preferably between 7 and 11 kHz. If the frequency used is too low, an audible noise is generated which is very disturbing to people nearby. During operation of the Induction coil 814 in the preferred frequency range for that coil, the roller 350 or 352 is heated to a limited depth. The remainder of the roller 350 or 352 is heated by conventional conductive means, as the heat induced by them is conducted deeper into the rollers 350, 352. The combination of induction heating and conductive heating optimizes the energy consumption of the heating station 802 and takes advantage of the roller material.

Bei den offenbarten Induktions-Heizmitteln kann die gesamte Masse einer 1300-lb-(2866 kg)-Walze in etwa 3 Minuten von der Zimmertemperatur von etwa 70ºF (21ºC) auf etwa 200ºF (93ºC) erwärmt werden. Dies ist im Vergleich zu den früher offenbarten internen Heizgeräten ein sehr schnelles Erwärmen; ein internes Erwärmen derselben 1300-lb-Walze würde etwa 20 Minuten dauern.With the disclosed induction heating means, the entire mass of a 1300 lb (2866 kg) roll can be heated from room temperature of about 70ºF (21ºC) to about 200ºF (93ºC) in about 3 minutes. This is a very rapid heating compared to the previously disclosed internal heating devices; internal heating of the same 1300 lb roll would take about 20 minutes.

Die Verwendung der hier offenbarten Heizstufen 802 führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Kalandrierprozesses und ermöglicht während des Kalandrierprozesses eine größere Flexibilität. Durch das Einsetzen von Walzen 350, 352 in die Kalandriervorrichtungen kann der Kalandrierprozess beginnen, sobald die Walzen 350, 352 befestigt sind, anstatt zu warten, bis die internen Heizgeräte 335 die Walzen 350, 352 auf die Soll- Betriebstemperatur gebracht haben. Sobald die erwärmten Walzen 350, 352 in die Kalandriervorrichtung 302 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind, können die internen Heizgeräte 335 verwendet werden, um die Walzentemperatur aufrechtzuerhalten.The use of the heating stages 802 disclosed herein results in improved efficiency of the calendering process and allows for greater flexibility during the calendering process. By inserting rolls 350, 352 into the calendering devices, the calendering process can begin as soon as the rolls 350, 352 are attached, rather than waiting for the internal heaters 335 to bring the rolls 350, 352 to the desired operating temperature. Once the heated rolls 350, 352 are inserted into the calendering device 302 according to the present invention, the internal heaters 335 can be used to maintain the roll temperature.

Die Heizstufe 802 ermöglicht außerdem schnellere Unstellungen in den Laminatspezifikationen oder Reparaturen der Kalandriervorrichtung 302. Wenn die Laminatspezifikationen verändert werden sollen, können Walzen mit unterschiedlich definierten Profilen an die Heizstation 802 geliefert und entweder auf die Soll-Betriebstemperatur oder eine Temperatur, die höher als diese ist, erwärmt werden. Wenn die Temperatur höher als die Betriebstemperatur ist, kann die Walze gehalten werden, während sie auf die Solltemperatur abgekühlt wird. Dies kann beispielsweise erwünscht sein, wenn die Kalandriervorrichtung 302 aus irgendeinem Grund seriell, anstatt parallel umgestellt wird. Bei einer seriellen Umstellung können sämtliche Walzen 350, 352 erwärmt und dann gehalten werden, wobei die letzte auszutauschende Walze auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, da sie eine längere Haltezeit haben kann, bevor sie in die zugehörige Kalandriervorrichtung eingesetzt wird.The heating stage 802 also enables faster adjustments in the laminate specifications or repairs of the calendering device 302. If the laminate specifications are to be changed, rolls with differently defined profiles can be delivered to the heating station 802. and heated to either the target operating temperature or a temperature higher than that. If the temperature is higher than the operating temperature, the roll may be held while it is cooled to the target temperature. This may be desirable, for example, if the calendering device 302 is changed over in series rather than in parallel for some reason. In a serial changeover, all of the rolls 350, 352 may be heated and then held, with the last roll to be changed over being heated to a higher temperature since it may have a longer hold time before being inserted into the associated calendering device.

Wie außerdem festgestellt wurde, können die Walzen 350, 352, falls Reparaturen an der Kalandriervorrichtung 302 anfallen oder eine Materialumstellung vorzunehmen ist, zur Heizstufe 804 zurückgeführt werden, danach erwärmt/nachgewärmt werden und dann auf der Betriebstemperatur gehalten werden, während die gewünschte Reparatur oder die Materialumstellung ausgeführt wird. Es können sich weitere Fälle ergeben, in denen es sinnvoll ist, die Walzen 350, 352 zum erneuten Erwärmen oder zum Halten auf einer Temperatur in die Heizstufe 804 zu bringen. Aus welchen Umständen auch immer erhöht die Möglichkeit, Walzen 350, 352 auf einer Temperatur bereit zu haben, die einen nahezu sofortigen Betrieb der Kalandriervorrichtung 302 ermöglicht, sobald sich alle gewünschten Walzen 350, 352 in Position befinden, den Wirkungsgrad der Vorrichtung 200, was zu einer kürzeren Stillstandszeit des Prozesses und zu verringerten Herstellungskosten führt.As has also been noted, if repairs to the calendering device 302 are required or a material change is to be made, the rolls 350, 352 may be returned to the heating stage 804, thereafter heated/reheated, and then held at operating temperature while the desired repair or material change is made. Other instances may arise where it is useful to return the rolls 350, 352 to the heating stage 804 for reheating or holding at a temperature. Whatever the circumstances, the ability to have rolls 350, 352 ready at a temperature that allows for nearly instantaneous operation of the calendering apparatus 302 once all desired rolls 350, 352 are in position increases the efficiency of the apparatus 200, resulting in less process downtime and reduced manufacturing costs.

Claims

1. A method for calendering a material with at least one calender roll (350 or 352) operated at a predetermined operating temperature, wherein the calender roll (350 or 352) is replaced from time to time by at least one roll (350 or 352) which has been heated prior to being placed in a position for calendering the material, the method being characterized by a heating source (812) which heats the replacement calender roll (350 or 352) from a temperature which is lower than the predetermined operating temperature to a temperature which is at least equal to the operating temperature.

2. Method according to claim 1, characterized in that the replacement calender roll (350 or 352) is heated by an induction heating coil (814).

3. Method according to claim 2, characterized in that the induction heating coil (814) operates in a frequency range of 7 to 11 kHz.

4. The method of claim 1, characterized in that the predetermined operating temperature is in the range between 60 and 127ºC (140 to 260ºF).

5. Method according to claim 1, characterized in that the roller (350 or 352) is heated to a temperature that is higher than the predetermined operating temperature and is then held for a defined period of time, whereby the roller (350 or 352) can cool down to the operating temperature.

6. The method according to claim 1, characterized in that it further comprises the step of providing a heating device arranged in the vicinity of the calendering device, the heating device comprising: a frame structure (804) to which a non-driven roller (810), a drive roller (806) and a heating means (812) are attached, the replacement roller (350 or 352) to be heated in the heating device (802) abutting the non-driven roller (810) and the drive roller (806) and being located in the vicinity of the heating means (812).

7. Heating device for heating a calender roll before it is used in a calendering process, characterized by: a frame structure (804) to which a non-driven roll (810), a drive roll (806) and heating means (812) are attached, wherein the replacement roll (350 or 352) to be heated in the heating device (802) rests against the non-driven roll (810) and the drive roll (806) and is located in the vicinity of the heating means (812).

8. Heating device (802) according to claim 7, characterized in that the heating means (812) is an induction heating coil (814) which operates in a frequency range between 7 and 11 kHz.