EP2247418B1

EP2247418B1 - Verfahren und vorrichtung zur vorwärmung einer pressgutmatte im zuge der herstellung von holzwerkstoffplatten

Info

Publication number: EP2247418B1
Application number: EP08869105.0A
Authority: EP
Inventors: Werner Hoffmann; Ulf KÖNEKAMP; Gernot Von Haas
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2007-12-30
Filing date: 2008-12-27
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2028-12-27
Also published as: BRPI0821620B1; US8540924B2; CA2713382C; CN101932413A; WO2009083247A1; US20110089611A1; BRPI0821620A2; CN101932413B; CA2713382A1; PL2247418T3; RU2493959C2; DE102007063374A1; RU2010132157A; EP2247418A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Vorwärmung einer auf einem endlos kontinuierlich umlaufenden Formband gestreuten Pressgutmatte und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 zur Vorwarmung einer auf einem endlos kontinuierlich umlaufenden Formband gestreuten Pressgutmatte im Zuge der Herstellung von Holzwerkstoffplatten.
Aus der Patentliteratur und der Industrie ist die Anwendung der Hochfrequenztechnik als Mittel zur Vorwärmung von Span- bzw. Fasergut zwecks der Reduzierung des Pressfaktors während des danach eingeleiteten Pressvorganges zur Erhöhung der Produktionsleistung allgemein bekannt. Bekannt ist aus US 4,018,642 A der Einsatz der Mikrowelle für Sperrholz, Teilchenbrettern, Spanholzplatten und Waffelbrettern als Wärmeenergie, wobei Wanderwellen gezielt über so genannte Wellengleichrichter mit einer Frequenz im Bereich von 100 bis zu 10.000 MHz an das Pressgut herangeführt werden. Diese US-PS 4,018,642 behandelt im Wesentlichen die Vorwärmung und Aushärtung von alkalischen Harzen und ähnlichen Leimkompositionen. Der Wirkungsgrad beträgt in der Regel weniger als 50%. Somit ist es ökonomisch nicht sinnvoll diese Art der Erwärmung zur Durchhärtung einer Pressgutmatte zu verwenden, sondern nur zur Vorwärmung von geschütteten und ggf. vorverdichteten Pressgutmatten. Die wesentlichen Probleme und Gefahren der Hochfrequenzheizung sind nicht unbedingt einheitliche Erwärmung der Pressgutmatte, Regelschwierigkeiten der zuzuführenden Hochfrequenzenergie und auftretende Durchschläge. Zur Beherrschung dieser Schwierigkeiten sind gezielte Verdichtungsmaßnahmen zwischen den Vorrichtungen zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten oder Furnierschichtplatten mit einer Mikrowellenvorwärmung sind auch bekannt aus DE 197 18 772 A1 , US 5892208 oder DE 196 27 024 A1 . Mit diesen Vorrichtungen werden schon seit längerem in der Industrie die Vorwärmung des Pressgutes (Pressgutmatte, Pressgutstrang) mittels Mikrowellen erfolgreich durchgeführt. Bewährt hat sich diese Technologie im Besonderen bei Verfahren zur Herstellung von sehr dicken Holzwerkstoffplatten bzw. von Furnierschichtholzplatten mit Dicken von bis zu 150 mm, die ohne Vorwärmeinrichtung nicht wirtschaftlich herstellbar wären. Als Mikrowellenvorwärmaggregate kommen dabei überwiegend kontinuierliche Durchlauföfen zum Einsatz. Da bei der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, die Plattenbreite um ein vielfaches größer ist als die Plattendicken, werden die Mikrowellen senkrecht zur Holzwerkstoffplattenebene eingestrahlt. Die Plattenbreiten liegen üblicherweise zwischen 1200 und 3900 mm und die Plattendicken bei 30 bis 150 mm. Die Erzeugung der Mikrowellen erfolgt in Mikrowellengeneratoren, in denen die Hochfrequenzmodulation und die Magnetronröhren untergebracht sind. Aufgrund des hohen Mikrowellen-Leistungsbedarfs sind für eine Vorwärmeinrichtung mehrere Generatoren notwendig, die meist pro Generator eine Ausgangsleistung von 75 -100 kW besitzen und in abgeschlossenen elektrischen Schalträumen neben der Produktionsanlage untergebracht sind. Von dort werden die erzeugten Mikrowellen mittels Hohlwellenleitern zur eigentlichen Heizzelle in der Produktionsanlage geführt, wobei für jeden Generator ein Hohlwellenleiter notwendig ist. Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im durchlaufenden Pressgut zu erreichen, werden die in den Hohlwellenleitern geführten Mikrowellen von den individuellen Generatoren kommend aufgezweigt und damit die Anzahl der Energie führenden Hohlwellenleitern multipliziert, womit ein enges Raster an Einspeisestellen unterhalb und oberhalb der Heizzelle realisiert werden kann. Üblich ist heute eine Verzweigung 1 in 2, das heißt, die aus vier Generatoren kommende Energie, die zunächst in vier Hohlleitern geführt wird, wird auf bis zu 8 Hohlwellenleiter unterverteilt, die in 8 Einspeisestellen münden. Die Einspeisung in die Heizzelle erfolgt mittels Rundhohlwellenleitern, die senkrecht stehend unterhalb und oberhalb der Heizzelle angebracht sind. Für jede Einspeisestelle ist eine Mess- und Regeleinrichtung erforderlich, mit der die Phasenlage der Mikrowelle abgestimmt wird. Der Investitionsaufwand für eine derartige Mikrowellenvorwärmeinrichtung ist sehr hoch und hat sich deshalb bisher auch nur bei Anlagen zur Herstellung von Furnierschichtholzplatten erfolgreich durchsetzen können.
Mit der DE 101 57 601 A1 wurde eine Vorrichtung zur Erwärmung, von Pressgut mittels Mikrowellenenergie geschaffen, mit der die Investitionskosten reduziert, die Anlagenverfügbarkeit erhöht und der Steuerungsaufwand verkleinert werden sollte. Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass die Mikrowellen-Vorwärmeinrichtung aus einer als Durchlaufofen ausgebildeten Heizzelle besteht, bei der die Einspeisung der Mikrowellen in das Pressgut über hintereinander angeordnete Stabantennen mit Reflektionsschirmen erfolgt, die horizontal liegend und quer zur Produktionsrichtung oberhalb und/oder unterhalb des Pressgutes innerhalb der Heizzelle angebracht sind, wobei den Stabantennen jeweils an den gegenüberliegenden Flächen des Pressgutes Reflektionsflächen zugeordnet sind. Die Zuführung der Mikrowellen kann dabei weiterhin mittels Hohlwellenleiter von den Generatoren zur Heizzelle erfolgen, wobei aufgrund der Abstrahlungscharakteristik der Stabantenne, in der Regel keine zusätzliche Verzweigung der von den Generatoren kommenden Hohlwellenleiter notwendig ist, das heißt die Anzahl der Einspeisestellen entspricht der Anzahl der Generatoren. Für den Übergang von Hohlwellenleiter auf Stabantenne werden eigens dafür entwickelte Hohlleiterübergänge verwendet. Diese Art der Vorwärmung hat sich zwar grundsätzlich bewährt, leidet aber immer noch an Nachteilen hinsichtlich des umfangreichen Bauraums und der hohen Leistungsabnahme einzelner Bauteile.
Aus der Erfahrung und der Patentliteratur finden sich folgende Frequenzbereiche für Hochfrequenz und Mikrowelle in der beschriebenen industriellen Anwendung. Dabei versteht man üblicherweise eine Frequenz von unter 300 MHz als Hochfrequenz, eine Frequenz von 300 MHz bis zu 300.000 MHz als Mikrowellenfrequenz.
In der DE 694 19 631 T2 findet eine Hochfrequenzwelle mit 13,56 MHz und einer Leistung von 8 kW Verwendung. Aus DE 44 12 515 A1 findet sich der Hinweis auf eine Arbeitsfrequenz von 21,12 MHz oder 13,56 MHz.
Aus CA 2 443 799 C sind Mikrowellenheizungen mit einem Frequenzband von 915 MHz bekannt, wobei hier die Mikrowellen direkt im Einlaufspalt (Bereich des sich verjüngenden Pressspaltes im Einlauf einer kontinuierlich arbeitenden Presse) in die Pressgutmatte eingeführt werden. Neben einem sehr umständlichen Aufbau haben sich auch Probleme durch unbeherrschbare Reflektionen an den Stahlbändern im Betrieb gezeigt.
Grundsätzlich mangelt es dem Stand der Technik an konkreten Aussagen hinsichtlich eines optimalen Frequenzbereiches in Verbindung mit einer notwendigen Leistungsaufnahme bzw. Strahlungskapazität und in Verbindung mit der notwendigen Anzahl von Generatoren zur Erwärmung einer mit vorgegebener Geschwindigkeit laufenden Pressgutmatte differenzierter Eigenschaften. In der Regel liest man in der Patentliteratur: Die genaue Ausstattung der Mikrowellenvorrichtung für dieses oder jenes Verfahren wird dem Fachmann (vor Ort) überlassen, Angaben zur Frequenz beschränken sich auf den Bereich Mikrowelle oder enthalten Größenangaben über mehrere Potenzen hinweg. Durch diese Aussagen ergeben sich für den Fachmann keine Hinweise auf die Umsetzung einer Lehre bezüglich dieser Parameter aus der Patentliteratur betreffend einer optimal verwendbaren und nützlichen Frequenz. Es hat sich gezeigt, dass der Fachmann quasi allein gelassen worden ist und in einem Bereich an Frequenzen bei Verwendung von Mikrowellen über mehrere Potenzen (3x10² MHz bis 3x10⁶ MHz) hinweg entscheiden kann, welche Frequenz gewählt werden könnten.
Wie bereits angedeutet ist es weiter von Nachteil, dass großer anlagentechnischer Aufwand zur Sicherstellung der Strahlungssicherheit für das Personal und die Maschinen getroffen werden müssen, wenn die Hoch- oder Mikrowellenfrequenzen in separaten Anlagen (meist direkt neben den Hauptstromanschlüssen) generiert werden und mittels Wellenleitern erst zur Anwendung in die Produktionsanlage geführt werden müssen. Neben einer massiven Verschwendung nützlichen Bauraums müssen gegen mögliche Schäden an diesen so genannten Wellenleiter (Waveguides) kostspielige Strahlungsdetektoren in einem Sicherheitsbereich angebracht werden. All dies erschwert die Minimalwartung (auf Sicht) und fördert einen hohen Kostenaufwand bei Reparaturen und Stillstandszeiten. Allein durch den Ausfall einer Vorwärmanlage ergibt sich ein betriebswirtschaftlicher Verlust trotz weiter laufender Produktion von bis zu 30%, da sich der Pressfaktor ohne Vorwärmung signifikant erhöht und die Produktionsgeschwindigkeit um ein Drittel verringert werden muß.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht mit einer geeigneten Frequenz einen hohen Wirkungsgrad für die Erwärmung für Pressgutmatten bereit zu stellen, wobei die Erwärmung gleichmäßig und energetisch so ökologisch und ökonomisch wie möglich vorzunehmen ist, bevor diese Pressgutmatte in einer kontinuierlich arbeitenden Presse verpresst wird. Gleichzeitig soll das Verfahren und die Vorrichtung es ermöglichen Bauteile geringerer Leistungsaufnahme zu verwenden. Die in diesem Zusammenhang geschaffene Vorrichtung ist mit dem Verfahren verwendbar aber auch eigenständig funktional und soll leicht austauschbare Komponenten und eine hohe Resistenz gegen Störungen aufweisen.
Die Lösung zur Schaffung eines Verfahrens besteht darin, dass zur Erwärmung der Pressgutmatte Mikrowellen in einem Frequenzbereich von 2400 - 2500 MHz verwendet werden, wobei die Mikrowellen für jede Pressflächenseite aus 20 bis 300 Mikrowellenerzeugern mit Magnetronen einer jeweiligen Leistung von 3 bis 50 kW erzeugt werden.
Die Lösung für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens oder als eigenständige Vorrichtung besteht darin, dass in einem Durchlaufofen je Pressflächenseite 20 bis 300 Mikrowellenerzeuger mit Magnetronen einer Leistung von 3 bis 50 kW und mit einem Frequenzbereich von 2400 - 2500 MHz angeordnet sind.
Bevorzugt werden mit diesem Verfahren und einer geeigneten Anlage Pressgutmatten mit einem Flächengewicht von 2 bis 40 kg/m² erwärmt, die mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 bis 2000 m/s verfahren werden. Dabei liegt die Mattenhöhe nach einer Vorpressung bei der MDF-Plattenherstellung bei 40 bis 350 mm und bei der Span-Plattenherstellung bei 30 bis 200 mm. Orientiert gestreutes Spanmaterial (OSB) kann ohne Vorpressung in einer Höhe von 50 bis 500 mm Verwendung finden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind für diese Rahmendaten der aufzuwärmenden Pressgutmatte Magnetrone einer Leistung von 6 bis 20 kW besonders geeignet. Die verwendete Frequenz liegt im ISM-Band (Industrial Science Medicine Band) und ist ein international anerkanntes und genehmigungsfreies Frequenzband für Mikrowellen.
In Versuchen hat sich nun gezeigt, dass in vorteilhafter Weise bei einer Mikrowellenlänge von 12 cm eine große Menge an Mikrowellen in einer Pressgutmatte bis zu einer Eindringtiefe von 200 mm absorbiert wird. Diese physikalischen Gegebenheiten konnten auch rechnerisch überprüft werden; man spricht von einer Eindringtiefe "d", per Definition benannt als der Abstand von der Oberfläche, an der die Energie der Wellen auf 1/e=0,37 abgesunken ist, wobei dies in etwa 37% der in den "äußeren Stoffschichten herrschenden Feldstärke E" entspricht. $d = \frac{c}{π \sqrt{{εʹ}_{r}} \sqrt{2 (\sqrt{1 + \tan^{2} δ} - 1)}} \cdot \frac{1}{f}$
Bei folgenden vorhandenen Randbedingungen
f = Frequenz = 2,45 GHz,
c = Lichtgeschwindigkeit ≈ 3*10^8 m/s
ε'_r ≈ 3,5
ε"_r ≈ 0,4, wobei $\tan^{} δ = \frac{{εʹʹ}_{r}}{{εʹ}_{r}} = 0, 11428$
ergibt sich die Formel $d = \frac{3 \cdot 10^{8} \frac{m}{s}}{π \sqrt{3, 5} \sqrt{2 (\sqrt{1 + {0, 11428}^{2}} - 1)}} \cdot \frac{1}{2, 45 \cdot 10^{9} \frac{1}{s}}$
Die somit errechenbare Eindringtiefe liegt bei d = 0,183m.
Die bisher üblichen Hochfrequenzvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass eine große Menge an Strahlung wieder aus der Pressgutmatte herauskommt bzw. einfach hindurchtritt ohne die Pressgutmatte zu erwärmen. Deshalb müssen nach der Pressgutmatte auf der anderen Seite Reflektoren angeordnet sein. Einher gehen umfangreiche Berechnungen zur bestmöglichen Durchstrahlung und entsprechender Steuer- und Regelungsaufwand. Bei der Mikrowellenstrahlung hat sich durch eine Berechnung und entsprechende Versuche überraschenderweise gezeigt, dass bei einer vorab verdichteten Pressgutmatte aus MDF oder ähnlichem Material eine Eindringtiefe von etwa 200 mm bei einer Frequenz von 2450 MHz vorhanden ist. Bei der OSB-Herstellung ist eine Vorverdichtung nicht vorgesehen. Damit wird bei einer 400 mm hohen Pressgutmatte bei einer zweiseitigen Einstrahlung jeweils auf die ersten 200 mm bereits im ersten Durchgang in etwa 60% der Energie in Wärmeleistung umgewandelt und führt zu einem optimierten Wirkungsgrad während der Erwärmung. Gleichzeitig können halb so hohe und kleinere Pressgutmatten mit deutlich höherer Produktionsgeschwindigkeit gefahren werden, da eine von beiden Seiten eintretende Strahlung optimal absorbiert wird und die doppelte Leistung zur Verfügung steht.
Die große Anzahl an Generatoren, die für die Vorrichtung und das Verfahren notwendig sind ergeben in vorteilhafter Weise eine geringe Größe der Strahlungsöffnungen bei der verwendeten Mikrowellenfrequenz. Diese liegt in etwa bei einer 2 x 5 cm Öffnung. Aus diesem Grunde ist es auch möglich eine Vielzahl an Generatoren in der Breite und in einem kleinen Bauraum anzuordnen. Die Hohlleiterstutzen beim Austritt sind vorzugsweise abgedeckt um vor einer möglichen Staubentwicklung geschützt zu sein. Bei Verwendung der bisher üblichen Hochfrequenzstrahlung zur Erwärmung von Pressgutmatten, 930 MHz benötigte man viel größere Hohlleiter, so dass eine größere Anzahl an Generatoren bzw. Waveguides über die Breite einer Pressgutmatte auch nicht verbaubar wären. Ein Mikrowellenerzeuger ist vorzugsweise modular aufgebaut und kann ohne weiteres vor Ort in Einzelteile für eine Reparatur oder einen Austausch zerlegt werden. Es ist auch möglich einen ganzen Mikrowellenerzeuger (samt Magnetron, Zirkulator und Tuner usw.) als Modul vorzusehen und diesen mit Schnellverschlüssen zur Montage und Demontage zu versehen. So können ausgefallene Mikrowellenerzeuger schnell und problemlos aus der Vorrichtung entfernt und durch neue ersetzt werden. Ein Austausch von Einzelteilen bei den bisher verwendeten Hochfrequenz-Anlagen beinhaltet eine sehr umfangreiche Reparatur, für die neben hohem Personalaufwand auch große Hub- und Montagegeräte verwendet werden müssen. Allein der Aufwand die notwendigen Materialien oder das Personal in einem Drei-Schicht-Betrieb im Störungsfall vor Ort zu bringen ist aufwendig und kostet viel Zeit. Dagegen ist der Austausch eines modular aufgebauten Mikrowellenerzeugers einfach, durch ein oder zwei Personen problemlos zu bewerkstelligen und nimmt nicht viel Zeit in Anspruch. Es können derartige Module aufgrund ihrer Größe problemlos vorgehalten werden und während des Betriebs der Anlage ist üblicherweise immer ein Monteur vor Ort.
In der Anlage bzw. in der Vorrichtung kann ein Metalldetektor angeordnet sein, um die Pressgutmatte vor der Mikrowellen-Erwärmung auf metallische Teile zu untersuchen. Besonders kritisch sind metallische Teile, die in ihren Abmessungen in der Länge größer sind als ¼ der Wellenlänge (ungefähr 40 mm). Hier kann es durch Funkenbildung während der Erwärmung zu Bränden in der Pressgutmatte kommen. Da hier auch nicht magnetische Metallteile zu derartigen Reaktionen führen können und diese über einen üblichen Magnetabscheider nicht aus der Pressgutmatte entfernbar sind, muss vor der Erwärmung der Pressgutmatte entweder ein Abwurf für die Pressgutmatte zur Entsorgung möglich sein oder die Mikrowellenerzeuger werden bei Durchlauf eines erkannten Metallstückes ausgeschaltet und der Abwurf der somit nicht erwärmten Pressgutmatte kann anschließend kurz vor der Presse erfolgen. Dennoch ist es notwendig die durchlaufende Pressgutmatte auf Funkenbildung oder Brände zu prüfen. Dies geschieht mit üblicher Sensorik und Messtechnik. Gleichzeitig sind in vorteilhafter Weise in der Vorrichtung Mittel zum Löschen von Bränden vorhanden oder bereits in der Produktionshalle vor Ort integriert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung ergeben sich folgende technische Rahmenbedingungen:
Der Gesamtwirkungsgrad eines Durchlaufofens mit Mikrowellenerzeugung ergibt sich aus drei unterschiedlichen Wirkungsgraden. η_ges = η₁ * η₂ * η₃ η₁ entspricht dabei dem Wirkungsgrad des Transformators, der die Netzspannung vor Ort eine Gleichspannung umwandelt. η₂ entspricht dem Wirkungsgrad der verwendeten Magnetrone in den Mikrowellenerzeugern, die die Hochspannung in Mikrowellenstrahlung umwandeln und η₃ ist der Wirkungsgrad der Umwandlung der Mikrowellenstrahlung in Wärmeleistung in der Pressgutmatte und entspricht der Temperaturerhöhung. Hierbei treten als Verlust beispielsweise die Leckstrahlung, reflektierte Leistung, die Absorberleistung und dergleichen auf.
Üblicherweise werden η₁ und η₂ von den jeweiligen Herstellern angegeben und weisen im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Werte η₁ = 0,95 und η₂ = 0,70 auf. η₃ konnte in Laborversuchen ermittelt werden und ist im großen Maß abhängig von den Randbedingungen (z. B. Kunststoffbänder) und dem zu erwärmenden Material. Das vorliegende Material ist ein Gemenge aus gestreuten Fasern und/oder Spänen, die zur Entlüftung vorverdichtet worden sind und eine relativ geringe Feuchte aufweisen.
In den Versuchen hat sich unter Laborbedingungen bei einem Durchsatz von 1 kg/s und einer Erwärmung um 20 K eine Wärmeleistung im Produkt von 36 kW gezeigt, was einem Wirkungsgrad η₃ = 0,60 entspricht. Bei einem weiteren Versuch mit 0,5 kg/s konnte eine Erwärmung um 40 K bei gleich bleibender Wärmeleistung erreicht werden, was den Wirkungsgrad bestätigt hat. Umgereichnet auf eine Großanlage mit einer Durchsatzleistung von 18 t/h atro und einer Mattenbreite nach einer Seitenbesäumung von 1850 bis 2150 mm ergibt sich die Vorgabe, dass 18 t des Rohmaterials in den Streumaschinen pro Stunde von einer Durchschnittstemperatur von 30° Celsius auf 60° C durch die Vorrichtung aufgewärmt werden müssen.
Es ergibt sich also bei einem Durchsatz von 5 kg/s und einer gewünschten Erwärmung T = 30K eine Wärmeleistung im Produkt von 270 kW. Bei einer Annahme von einem Wirkungsgrad η₃ = 0,60 ergibt sich ein Gesamtwirkungs-grad von η_ges = 0,40 und eine Gesamtanschlussleistung von 675 kW. Die erforderliche Anzahl an Magnetronen und deren Leistung ergibt sich sodann in einer weiteren Umrechnung mit 450 kW. Aufgeteilt auf eine ausgewählte Anzahl an Magnetronen ergeben sich beispielsweise 50 Magnetrone mit einer jeweiligen Leistung von 9kW. In der Vorrichtung werden demgemäß je Pressflächenseite 25 Magnetrone in entsprechenden Mikrowellenerzeugern verbaut. Der Bauraum ist erfahrungsgemäß dafür bei weitem ausreichend, so dass sogar noch Erweiterungsmöglichkeiten gegeben sind um die Kapazität beispielsweise zu verdoppeln und/oder um Mikrowellenerzeuger bzw. Magnetrone als Reserve vor Ort zu verbauen um abwechselnd einen Satz zu verwenden. Damit können unvorhergesehene Überhitzungszustände in der Vorrichtung und übliche Geräteprobleme einhergehend in einem 24/7-Dauerbetrieb vermieden werden.
Dem Fachmann ist vermittelbar, dass für eine derartige Vorrichtung entsprechende Steuer- und Regelmechanismen und Fernwartung vorgesehen sein sollten. Sinnvoll ist es auch einen Regelkreis vorzusehen, der entsprechend des Durchsatzes n kg/s die Leistung der Mikrowellenerzeuger anpasst und für eine optimale und energiesparende Anwendung sorgt. In diesen Regelkreis müssen daneben Werte über die Feuchtigkeit der Pressgutmatte, Dichte, Geschwindigkeit und dergleichen einfließen um eine sinnvolle Regelung zu ermöglichen. Entsprechende Messtechnik kann dann in der Vorrichtung vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist folgender Aufbau der Vorrichtung gegeben.
Das Formband weist eine größere Breite als das im Durchlaufofen verwendete Mikrowellenband auf. Letzteres besteht vorzugsweise aus Kevlar®. Dieser Umstand ergibt sich aus der Notwendigkeit eine sehr breite Streuung zu ermöglichen, die anschließend um 10 - 20% besäumt wird, da die Ränder einer gestreuten Pressgutmatte in der Regel Inhomogenitäten wie zum Beispiel Streufehler oder ungewollte Erhöhungen der Dichte aufweisen. Beispielsweise wird eine 2500 mm breite Pressgutmatte vor dem Einlauf in die Vorpresse auf 2250 mm Breite besäumt. Demnach ist es ausreichend, wenn das Mikrowellenband in dem Durchlaufofen eine Breite von 2300 mm aufweist. Dies ist von Vorteil bei der notwendigen Gestaltung der Abdichtung von Randstrahlungen aus der Mikrowellenerzeugung im Durchlaufofen. In vorteilhafter Weise sind an den Längsseiten stationäre und im Ein- bzw. Auslauf des Durchlaufofens bewegliche Absorbtionsmittel bzw. - elemente vorgesehen, die die Rand- und Streustrahlung auffangen. Besonderes Augenmerk muss der Feuchtigkeitserhaltung in der Pressgutmatte gelten und um Feuchtigkeitsverlust während der Erwärmung durch Ausdampfen der Feuchte zu vermeiden kann es notwendig sein auch ein auf der Pressgutmatte aufliegendes endlos umlaufendes Kunststoffband vorzusehen. Die Erwärmung mittels der Mikrowellen bewirkt in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Temperaturverteilung von +/- 7° C in der Pressgutmatte 14 über die Länge und Breite.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung von Werkstoffplatten von der Streuung einer Pressgutmatte auf ein Formband bis hin zum Beginn einer kontinuierlich arbeitenden Doppelbandpresse,
Figur 2: eine vergrößerte Darstellung einer Vorrichtung zur Vorwärmung einer Pressgutmatte mittels Mikrowellen nach Figur 1 und
Figur 3: eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Vorwärmung einer Pressgutmatte mit schematischer Anordnung der Mikrowellenerzeuger.

In Figur 1 ist eine Produktionsanlage zur Herstellung von Werkstoffplatten aus einer Pressgutmatte 14 in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Sie besteht in ihren Hauptteilen aus einer oder mehreren Streustationen 16, aus der eine Pressgutmatte 14 in einer oder mehreren Schichten auf ein Formband 6 kontinuierlich gestreut wird. In Produktionsrichtung 3 findet sich eine Vorpresse 17, bestehend aus einem über dem Formband 6 endlos umlaufenden Niederhalteband 19. Zur Unterstützung des Formbandes 6 bei höheren Niederhaltedrücken kann darunter ein endlos mit umlaufendes Führungsband 18 angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel ist eine kontinuierlich arbeitende Presse 1 dargestellt, die als Doppelbandpresse mit umlaufenden Stahlbändern 7 und beheizbaren Press-/Heizplatten 2 ausgebildet ist. Die umlaufenden Stahlbänder 7 werden gegenüber den Press-/Heizplatten 2 mittels Wälzkörpern 5, beispielsweise parallel zueinander und endlos geführte Rollstangen, abgestützt.
Der Durchlaufofen 4 ist unmittelbar vor den einlaufenden Stahlbändern 5 der kontinuierlich arbeitenden Presse 1 angeordnet. Dabei wird die Pressgutmatte 14 für einen Durchlauf durch den Durchlaufofen 4 von dem Formband 6 auf das untere Kunststoffband 11 übergeben und je nach Art und Ausführung des Durchlaufofens 4 optional mit einem oben umlaufenden Kunststoffband 8 eingeklemmt. Die beidseitig zum Mikrowellenerzeuger 26 angeordneten Absorbersteine 25 sind über die Höhenverstellung 12 hebund senkbar angeordnet und werden je nach Höhe der durchfahrenden Pressgutmatte eingestellt. Die Höhenverstellung für das oben umlaufende Kunststoffband 8 ist nicht dargestellt. Das obere Kunststoffband 8 hat die Aufgabe den Durchlaufofen 4 vor erhöhter Staubentwicklung durch die Pressgutmatte 14 zu schützen und zu verhindern, dass die Pressgutmatte 14 während des Transports wieder in den Ausgangszustand vor der Vorverdichtung durch die Vorpresse 17 zurückfedert. Auch kann das obere Kunststoffband 8 ein entweichen der Feuchtigkeit während der Vorwärmung verhindern.
Je nach Gesamtaufbau der Produktionsanlage kann besteht die Möglichkeit das Formband 6 als mikrowellengeeignetes Formband 6 auszuführen und die Pressgutmatte 14 ohne eine Übergabe durch den Durchlaufofen 4 zu fahren. Mikrowellengeeignete Form- oder Kunststoffbänder 6, 8, 11 sind dadurch charakterisiert, dass sie sich bei einem Durchlauf durch den Bereich der Mikrowellenerzeuger 26 nur um etwa 10° erwärmen. Geeignet sind hierzu beispielsweise ein Mikrowellenband aus KEVLAR® mit einer ein- oder beidseitigen Teflonbeschichtung.
Wie Figur 2 zeigt, ist eine einfache Vorrichtung des Durchlaufofens 4 wie folgt aufgebaut. An einem unteren Rahmen 23 findet sich der Umlauf des unteren Kunststoffbandes 11 mit zugehörigem Antrieb 11. Dabei übergibt das Formband 6 die Pressgutmatte 14 auf das untere Kunststoffband 11. Der Spalt zwischen den beiden umlaufenden endlosen Bändern lässt sich bei einer Pressgutmatte 14 ohne weiteres überbrücken, ansonsten sind Mittel vorgesehen, die dafür sorgen, dass eine Pressgutmatte 14 unbeschädigt den Übergang auf das untere Kunststoffband 11 des Durchlaufofens 4 übersteht. Im oberen Rahmen 24 ist eine Höhenverstellung 12 für die am Einlauf 27 und Auslauf 28 des Durchlaufofens 4 vorgesehenen Absorbtionselemente 25 angeordnet, um die durch die Mikrowellenerzeuger 26 erzeugte Mikrowellenstrahlung sachgerecht abzuschirmen um demnach unterschiedliche Höhen an Pressgutmatten 14 vorwärmen zu können. In gleicher Weise können der Einlauf 27 und der Auslauf 28 in der Breite eingestellt werden. Diese Breitenverstellung und die Höhenverstellung für das obere umlaufend angeordnete Kunststoffband 8 sind nicht dargestellt. Die Absorptionselemente 25 können beispielsweise als Absorbersteine oder Wasserbehälter ausgeführt sein. Neben den Absorbtionselementen 25 können aber auch Reflektoren (beispielsweise Lochbleche oder andere geeignete Mittel) vorgesehen sein oder eine Kombination beider Möglichkeiten. Vorzugsweise sind die Reflektoren derart angeordnet, dass diese die Streustrahlung wieder direkt in die Pressgutmatte 14 einleiten. Weiter können Sensoren 29 angeordnet sein, die die Höhe und die Breite der Pressgutmatte 14 erfassen und den Einlauf 27 und den Auslauf 28 der Pressgutmatte 4 entsprechend einstellen.
Auf dem Halterahmen 15 sind in der Mitte des Durchlaufofens 4 die Mikrowellenerzeuger 26 angeordnet. Ein Mikrowellenerzeuger 26 besteht zumindest aus einem Magnetron 20, einem zugehörigen Zirkulator 21 und einem Tuner 22. Der Tuner 22 übernimmt die Feineinstellung der Mikrowellenstrahlung bzw. deren Ausrichtung, wogegen der Zirkulator 21 rückstrahlende Mikrowellen aufnimmt und einer weiteren Verwendung zuführt. Meist wird primär Wasser aus der Wasserkühlung 9 dabei erwärmt um die überschüssigen Mikrowellenstrahlen zu absorbieren. Mit 13 ist der Metalldetektor der Vorrichtung dargestellt. Dieser kann auch je nach Ausführung der Anlage direkt über dem Formband 6 vor dem Durchlaufofen 4 angeordnet sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall eine Abwurf- oder eine Räummöglichkeit einer mit Metallstücken versetzten Pressgutmatte vor dem Durchlaufofen 4 gegeben. Alternativ oder auch wenn der Metalldetektor 13 innerhalb des Umlaufes der Kunststoffbänder 8, 11 vor den Absorbersteinen angeordnet ist, werden die Mikrowellenerzeuger 26 während des Durchlaufes eines Metallstückes kurz abgeschaltet und der Teil der Pressgutmatte 14, der nicht erwärmt worden ist, über einen in Produktionsrichtung kurz vor der Presse 1 angeordneten Abwurf entsorgt.
In der Draufsicht aus Figur 3 entnimmt man die Vielzahl der notwendigen Mikrowellenerzeuger 26 über die Breite einer Pressgutmatte 14, die in Produktionsrichtung 3 in Richtung kontinuierlich arbeitende Presse 1 gefördert wird. Es ist dem Fachmann klar, dass die Einstrahlung der Mikrowellen von den Pressflächenseiten aus durchgeführt werden muss, die anschließend mit den Stahlbändern 7 der Presse 1 in Kontakt treten. Eine Mikrowelleneinstrahlung über die Schmal- bzw. Längsflächen des Randes der Pressgutmatte ist aufgrund der theoretisch und praktisch ermittelten Eindringtiefe nicht sinnvoll.
Hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit der Anlage ist es bevorzugt vorgesehen im Durchlaufofen 4 die einzelnen Teile, wie Magnetron 20, Zirkulator 21 und Tuner 22, eines Mikrowellenerzeugers 26 modular aufzubauen und zum schnellen Austausch bei Defekt oder zur Wartung vorzusehen.
Alternativ oder in Kombination wäre es von Vorteil, wenn im Durchlaufofen 4 jeder Mikrowellenerzeuger 26 als eigenes Modul aufgebaut ist und ggf. Schnellverschlüsse zur Demontage und zur Montage aufweist. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist es bevorzugt möglich im oder am Durchlaufofen 4 Sensoren zur Funken- und/oder Branderkennung in und/oder an der Pressgutmatte 14 anzuordnen und/oder Mittel zur Löschung eines Brandes vorzusehen.

Bezugszeichenliste:

1.: kontinuierlich arbeitende Presse
2.: Press-/Heizplatte in 1
3.: Produktionsrichtung
4.: Durchlaufofen
5.: Wälzkörper
6.: Formband
7.: Stahlbänder
8.: oberes Kunststoffband
9.: Wasserkühlung
10.: Antrieb für 11
11.: unteres Kunststoffband
12.: Höhenverstellung
13.: Metalldetektor
14.: Pressgutmatte
15.: Halterahmen für 26
16.: Streustation
17.: Vorpresse
18.: Führungsband unten
19.: Niederhalteband
20.: Magnetron
21.: Zirkulator
22.: Tuner
23.: Rahmen unten
24.: Rahmen oben
25.: Absorptionselemente
26.: Mikrowellenerzeuger
27.: Einlauf
28.: Auslauf
29.: Sensoren

Claims

Verfahren zur Vorwärmung einer auf einem endlos kontinuierlich umlaufenden Formband (6) gestreuten Pressgutmatte (14) im Zuge der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wobei zur Vorwärmung der Pressgutmatte (14) Mikrowellen von einer oder beiden Pressflächenseiten in die Pressgutmatte (14) eingestrahlt werden und
die Pressgutmatte (14) nach Überführung in eine kontinuierlich arbeitende Presse (1) unter Anwendung von Druck und Wärme
verpresst und ausgehärtet wird, dass zur Erwärmung der Pressgutmatte (14) Mikrowellen in einem Frequenzbereich von 2400 - 2500 MHz verwendet werden, die Mikrowellen für jede Pressflächenseite aus 20 bis 300
Mikrowellenerzeugern (26) mit Magnetronen (20) einer jeweiligen Leistung von 3 bis 50 kW erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mittels der Mikrowellen eine gleichmäßige Temperaturverteilung von +/- 7°C in der Pressgutmatte (14) über die Länge und Breite bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressgutmatte (14) vor der Erwärmung auf metallische Teile untersucht wird, wobei vor allem metallische Teile gesucht werden, die in ihren Abmessungen in der Länge größer sind als ¼ der Wellenlänge.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (27) und/oder der Auslauf (28) des Durchlaufofens (4) in Höhe und Breite automatisch der Pressgutmatte (14) angepasst werden.
dadurch gekennzeichnet, dass
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formband (6) mikrowellentauglich ist und die Pressgutmatte (14) direkt durch den Durchlaufofen (4) führt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Durchlaufofen (4) verwendete Kunststoffband (6, 8, 11) in einem Durchlauf weniger als 10°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung eines oberen endlos umlaufenden Kunststoffbandes (8) im Durchlaufofen (4) ein Entweichen der Feuchtigkeit aus der Pressgutmatte (14) verhindert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (25) im Durchlaufofen (4) während des Durchlaufes der Pressgutmatte (14) möglichst nah an die Pressgutmatte (14) verfahren werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionselemente (25) Absorbersteine oder Wasserbehälter
eingesetzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reflektoren überschüssige Streustrahlung wieder in die Pressgutmatte (14) einleiten.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenerzeuger (26) in den Bereichen im Durchlaufofen (4), in denen keine Pressgutmatte (14) gefördert wird und/oder metallische Fremdkörper ermittelt worden sind automatisch ausgeschaltet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Kühlleistung über eine Wärmerückkopplung für Fernwärme
umgewandelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Durchlaufes der Pressgutmatte (14) durch den Durchlautofen (4) diese auf Funken oder Brände überprüft wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Funken und/oder Brände automatisch gelöscht werden.
Vorrichtung zur Vorwärmung einer auf einem endlos kontinuierlich umlaufenden Formband (6) gestreuten Pressgutmatte (14) im Zuge der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wobei die Vorrichtung als ein Durchlaufofen (4) ausgeführt ist, in dem zur Vorwärmung der Pressgutmatte (14) Mikrowellenerzeuger (26) zur Erzeugung von gerichteten Mikrowellen mit einem Frequenzbereich von 2400-2500 MHz auf eine oder beide Flächenseiten der Pressgutmatte (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchlaufofen (4) je Pressflächenseite 20 bis 300 Mikrowellenerzeuger (26) mit Magnetronen (20) einer Leistung von 3 bis 50 kW angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Produktionsrichtung (3) ein Metallabscheider (13) vor dem Durchlaufofen (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im oder vor dem Durchlaufofen (4) Sensoren (29) zur Ermittlung der Breite und/oder der Höhe der Pressgutmatte (14) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (27) und/oder der Auslauf (28) des Durchlaufofens (4) in Höhe und/oder Breite veränderlich ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Einlaufes (27) oder des Auslaufes (28) bewegliche Absorptionselemente (25) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-19, dadurch gekennzeichnet, dass als Absorptionselemente (25) Absorbersteine und/oder Wasserbehälter angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstatt der Absorptionselemente (25) Reflektoren im Durchlaufofen (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlaufofen (4) die einzelnen Teile, wie Magnetron (20), Zirkulator (21) und Tuner (22), eines Mikrowellenerzeugers (26) modular aufgebaut und zum schnellen Austausch bei Defekt oder Wartung geeignet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-22. dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlaufofen (4) jeder Mikrowellenerzeuger (26) als eigenes Modul aufgebaut ist
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-23, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Durchlaufofen (4) Sensoren zur Funken- und/oder Branderkennung in und/oder an der Pressgutmatte (14) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 15-24, dadurch gekennzeichnet, dass im und/oder am Durchlaufofen (4) Mittel zur Löschung eines Brandes vorgesehen sind.