WO2016062843A1 - Kalander-profilierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kalander mit wenigstens einem, von zwei gegeneinander gedrückten Presselementen (2, 3) mit umlaufender Oberfläche gebildeten Spalt zur Behandlung einer laufenden Papier-, Karton- oder einer anderen Materialbahn (1) und zumindest einer induktiven, in Zonen quer zur Umlaufrichtung (9) steuerbaren Heizeinrichtung (5) eines Presselementes (2, 3). Dabei sollen die Temperaturübergänge zwischen den Zonen dadurch vergleichmäßigt werden, dass die Heizeinrichtung (5) wenigstens eine Induktionsspule (6) mit einem Spulenkern (7) besitzt, der aus mehreren separaten, quer zur Umlaufrichtung (9) nebeneinander angeordneten Kernelementen (8) besteht, deren Abstand zum zu beheizenden Presselement (2, 3) veränderbar ist.

Description

Kalander-Profilierung

Die Erfindung betrifft einen Kalander mit wenigstens einem, von zwei gegeneinander gedrückten Presselementen mit umlaufender Oberfläche gebildeten Spalt zur Behandlung einer laufenden Papier-, Karton- oder einer anderen Materialbahn und zumindest einer induktiven, in Zonen quer zur Umlaufrichtung steuerbaren Heizeinrichtung eines Presselementes. Bei einem derartigen Kalander wird die Materialbahn durch den Spalt geführt und dabei mit einem erhöhten Druck und mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt. Üblicherweise sind die Presselemente dabei als rotierende Walzen ausgebildet. Jedoch sind auch Lösungen mit einem oder zwei umlaufenden Bändern als Presselemente möglich.

Um insbesondere das Temperaturprofil und bei Walzen auch deren Durchmesserprofil quer zur Bahnlaufrichtung beeinflussen zu können, kommen zonal steuerbare Heizeinrichtungen zum Einsatz.

Wegen des hohen Wirkungsgrades erfolgt dies, wie in der DE 10 2005 019 475 beschrieben, oft auf induktive Weise, wobei mehrere separat steuerbare Induktionsspulen quer zur Bahnlaufrichtung nebeneinander angeordnet sind.

Probleme bereiten hierbei allerdings die Übergänge zwischen den Spulen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Temperaturübergänge zwischen den Zonen zu vergleichmäßigen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung wenigstens eine Induktionsspule mit einem Spulenkern besitzt, der aus mehreren separaten, quer zur Umlauf- bzw. Bahnlaufrichtung nebeneinander angeordneten Kernelementen besteht, deren Abstand zum zu beheizenden Presselement veränderbar ist. Über die Lageveränderung der Kernelemente lässt sich die Höhe des Energieeintrags im entsprechenden Abschnitt und damit auch die Temperatur dieses Abschnitts beeinflussen. In welchem Umfang dies erfolgt, hängt wesentlich von der Gestaltung des Spulenkerns ab. Die Kernelemente können hierbei aus ferro- und/oder ferrimagnetischem Material bestehen.

Im Allgemeinen kommen bei diesen Induktionsheizungen zum Presselement hin offene Spulenkerne zum Einsatz. In diesem Fall führt eine Abstandsvergrößerung eines Kernelementes des Spulenkerns vom Presselement auch zu einem größeren Luftspalt zwischen Kernelement und Presselement und folglich zu einem geringeren Energieeintrag verbunden mit einer geringeren Aufheizung dieses Abschnitts des Presselementes. Umgekehrt hat eine Abstandsverminderung einem stärkeren Energieeintrag und somit auch eine stärkere Aufheizung des entsprechenden Abschnitts des Presselementes zur Folge.

Da die Spule einen gemeinsamen Spulenkern besitzt, vergleichmäßigt sich der Verlauf der Induktion zwischen den Kernelementen des Spulenkerns und somit auch der Temperatur zwischen den Zonen des Presselementes quer zur Umlaufrichtung auf einfache und wirksame Weise.

Begünstigt wird dies noch dadurch, dass der Abstand zwischen den Kernelementen eines Spulenkerns im Unterschied zu benachbarten separaten Induktionsheizungen sehr klein sein kann.

Außerdem sind so auch sehr kleine Zonenbreiten von weniger als 50 mm realisierbar. Zum Einsatz gelangen sollte die Veränderung der Abstände der Kernelemente zum Presselement insbesondere dann, wenn die maximal angestrebte Temperaturveränderung beim Presselement kleiner als 30° ist. Hierzu genügt es den Abstand zwischen Kernelement und Presselement um höchstens 100 mm vorzugsweise höchstens 50 mm zu verändern. Zur Induzierung eines, das Presselement zumindest teilweise durchdringenden Magnetfeldes sollte die Spule von wenigstens einer Wicklung elektrischer Stromleiter mit quer zur Umlaufrichtung verlaufenden Abschnitten gebildet werden, welche gegensinnig vom elektrischen Wechselstrom durchflössen werden. Dementsprechend erstrecken sich die parallel und quer zur Umlaufrichtung verlaufenden Abschnitte der Wicklung über alle zu beeinflussende Zonen dieser Spule.

Im Interesse einer hohen Induktion der Spule sollte der Spulenkern außer auf der zum Presselement weisende Seite die Wicklung umschließen. Man spricht hier auch vom offenen Spulenkern. Jedoch sind auch einfacherer Kernformen möglich.

Zur Aufheizung mittels Induktion kommt es im Wesentlichen infolge der im Presselement induzierten Wirbelströme und eventuell durch Ummagnetisierungsverluste. Daher sollte das zu beheizende Presselement bzw. der zu beheizende Teil des Presselementes aus einem elektrisch leitfähigen, möglichst aber nicht sehr gut leitfähigen, idealerweise ferromagnetischem Material bestehen.

Eine umfassende Möglichkeit zur Beeinflussung des Temperaturprofils quer zur Umlaufrichtung ergibt sich, wenn der Abstand jedes Kernelementes eines Spulenkernes einer Spule zum zu beheizenden Presselement separat änderbar und/oder die Breite der Kernelemente quer zur Umlaufrichtung gleich ist.

Für eine spezielle Anpassung an die Gegebenheiten des Einsatzes kann es aber ebenso vorteilhaft sein, wenn der Abstand mehrerer Kernelemente eines Spulenkernes einer Spule gemeinsam änderbar und/oder die Breite der Kernelemente quer zur Umlaufrichtung unterschiedlich ist.

Wird ein besonders einfacher Aufbau angestrebt, so kann dies dadurch erreicht werden, dass in Umlaufrichtung des Presselementes nur eine Spule angeordnet ist. Insbesondere für die Übertragung einer hohen Heizleistung ist es allerdings von Vorteil, wenn in Umlaufrichtung des Presselementes mehrere Spulen hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall können auch die Kernelemente der in Umlaufrichtung benachbarten Spulenkerne miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt werden.

Falls sich die zu übertragende Heizleistung zwischen den Zonen zu stark unterscheidet, so können quer zur Umlaufrichtung mehrere Spulen nebeneinander angeordnet werden, von denen zumindest eine Spule einen Spulenkern mit mehreren, separaten Kernelementen besitzt.

Besonders einfach gestaltet sich die Heizeinrichtung jedoch, wenn sich zumindest eine, vorzugsweise alle Spulen über die gesamte Breite der Materialbahn erstrecken. Ein erfindungsgemäßer Kalander kann für eine Vielzahl möglicher Anwendungen eingesetzt werden. Beispielhaft sei hier zum einen die Behandlung von Papier- Karton- oder anderen Zellstoffbahnen erwähnt, zum anderen die Behandlung von Vliesstoffen, den sogenannten .Nonwovens'. Um den spezifischen Anforderungen dieser unterschiedlichen Anwendungsfelder gerecht zu werden, können spezielle Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein.

So kann beispielsweise neben der erfindungsgemäßen induktiven Heizeinrichtung noch mindestens eine Beheizung am Kalander vorgesehen sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest eines der beiden Presselemente - die häufig als Presswalzen ausgeführt sind-, gegebenenfalls auch beide Presselemente auch noch von innen, bevorzugt mittels eines Fluids als Wärmeträger beheizt sind. Es kann sich hierbei vorteilhafterweise um eine beheizte Kalanderwalze, eine Biegeausgleichs- oder Biegeeinstellwalze handeln. Die erfindungsgemäße induktive Heizeinrichtung dient dann als Ergänzungsheizung. Ihre Aufgabe kann es sein, das Temperaturprofil über die Breite der Walze einzustellen. Es ist mit einer solchen Ausführung möglich, einen großen Teil der in die Walze eingebrachten Heizleistung ,νοη innen' einzubringen, während die Profilierung von aussen mit relativ geringem Energieeintrag erfolgt. Die kann für den Betreiber ökonomisch sinnvoll sein, wenn das Heizfluid, z.B. Dampf o.ä. günstig zur Verfügung steht.

In anderen Fällen kann die induktive Heizeinrichtung daher vorteilhaft sein, dass sie die Oberflächentemperatur der Walze noch weiter erhöht, als es mittels des Fluids von innen alleine möglich wäre. Die Möglichkeit der Profilierung besteht hier jedoch noch weiterhin.

In anderen Anwendungen, wie z.B. bei Nonwovens, haben Versuche ergeben, dass in vielen Anwendungen - beispielsweise bei sehr dünnen Produkten - nur relativ wenig Wärmeenergie aus dem Kalander verloren geht. Diese Energie kann bequem durch die erfindungsgemäße induktive Heizeinrichtung nachgeführt werden. Eine zusätzliche Beheizung eines Presselements ist in diesem Fall nicht notwendig. Diese Elemente können daher ohne innere Beheizung ausgeführt werden, was den gesamten Kalander deutlich vergünstigt.

Während es prinzipiell möglich ist, dass jedes der Presselemente über eine eigene, induktive Heizeinrichtung verfügt, wird in vielen vorteilhaften Ausführungen jedoch in jedem Kalander nur ein Presselement (in der Regel eine Presswalze) über eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung verfügen. Insbesondere bei Kalandern ohne zusätzliche innere Beheizung der Presswalzen kann es vorteilhaft sein, die induktiv beheizte Walze mit einer thermischen Isolierung zu versehen. Diese Isolierung kann z.B. so ausgeführt sein, dass der Walzenmantel gegen Wärmeabfluss in radialer Richtung, also nach innen in die Walze hinein mit einer Isolierschicht versehen ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Isolierung der stirnseitigen Enden der Walze vorgesehen sein.

Sowohl bei Kalandern mit innerer Beheizung als auch bei Kalandern ohne innere Beheizung kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, die Kernelemente so anzuordnen bzw. aufzuteilen, dass der große Mittenbereich des Kalanders aus einem einzelnen Kernelement besteht oder gegebenenfalls sogar gar kein Kernelement aufweist, während die Randbereiche durch eine größere Anzahl von Kernelementen gezielt profilierbar bzw. egalisierbar sind. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn jeder der beiden Randbereiche weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% der Kalanderbreite umfasst. In jedem Randbereich können beispielsweise mehr als 2 Kernelemente, bevorzugt mehr als 5 Kernelemente, besonders bevorzugt mehr als 10 Kernelemente angeordnet sein. Mit einer derartigen Ausführung ist der Kalander in der Lage, einen Temperaturabfall im Randbereich zu egalisieren, während die Temperatur im Mittenbereich in vielen Anwendungen über die Breite relativ konstant bleibt. Im Extremfall kann es sogar ausreichend sein, dass nur die Randbereiche Kernelemente aufweisen, während der Mittenbereich keine verstärkenden Kernelemente aufweist.

Während die Wicklung der Induktionsspule in vielen Anwendungen über die Breite des Presselements betrachtet gleichmäßig ausgeführt sein wird, kann es bei anderen Anwendungen vorteilhaft sein, von dieser Gleichmäßigkeit abzuweichen. So kann die Wicklung zur Erzielung eines höheren Temperatureintrags in manchen Regionen, speziell in einer oder beiden Randbereichen eine höhere Dichte aufweisen, als in anderen.

Da sich induktive Heizeinrichtungen im Betrieb häufig stark aufheizen, kann vorteilhafterweise eine Kühlung derselben vorgesehen sein. Diese Kühlung kann mittels eines Kühlfluids erfolgen. In vielen Anwendungen wird ein wasserbasiertes Kühlfluid verwendet werden.

Insbesondere kann in vorteilhaften Anwendungen vorgesehen sein, dass die Wicklung in Form von -idealerweise im Wesentlichen parallelen- metallischen Rohrleitungen ausgeführt ist, die sich über die Breite des Kalanders erstrecken. In diesem Fall kann die Kühlung dergestalt erfolgen, dass die Rohrleitung mit dem Kühlfluid durchströmt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. ln der beigefügten Zeichnung zeigt:

Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch einen Kalander;

Figur 2: Längsansicht einer Heizeinrichtung 5;

Figur 3a+b: einen Querschnitt durch eine Heizeinrichtung 5 und

Figur 4a-c: einen Längsschnitt durch unterschiedliche Heizeinrichtungen 5.

Der Kalander gemäß Figur 1 wird von einem Walzenstapel aus zwei gegeneinander gedrückten und umlaufenden Presselementen 2,3 gebildet. Beide Presselemente 2,3 sind jeweils als eine rotierende Walze ausgebildet, wobei die obere Walze einen Walzenmantel aus Stahl mit dementsprechend harter Oberfläche aufweist.

Die untere Walze kann je nach Anforderung ebenfalls eine harte Oberfläche oder einen Kunststoffbelag zur Bildung einer elastischen Oberfläche besitzen.

Die beiden Walzen bilden zusammen den Glättspalt, durch den die Faserstoffbahn, insbesondere eine Papierbahn geführt wird, um zur schonenden Glättung oder Prägung mit einem erhöhten Druck und auch mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt zu werden.

Hierzu ist der oberen Walze eine induktive und in Zonen quer zur Bahnlaufrichtung 4 der Materialbahn 1 und damit auch quer zur Umlaufrichtung 9 der Walze steuerbare Heizeinrichtung 5 zugeordnet.

Durch eine unterschiedliche Aufheizung des Walzenmantels der oberen Walze kann einerseits das Temperaturprofil des Walzenmantels quer zur Bahnlaufrichtung 4 beeinflusst werden. Beispielsweise kann so eine Überhitzung der Bahnränder oder eine Beschädigung des Kunststoffbelags der gegenüberliegenden, unteren Walze außerhalb der Erstreckung der Material bahn 1 verhindert werden.

Andererseits kann über die Temperatur auch der Durchmesserverlauf der oberen Walze über die Bahnbreite verändert werden. Dies hat zur Dickenprofilierung der Materialbahn 1 insbesondere dann Bedeutung, wenn die untere Walze ebenfalls eine harte Oberfläche aufweist. Wie in Figur 2 zu erkennen, wird die Heizeinrichtung 5 im Interesse einer großen Heizleistung von mehreren in Umlaufrichtung 9 des Presselementes 2 hintereinander angeordneten Induktions-Spulen 6 gebildet. Diese Spulen 6 erstrecken sich über die gesamte Breite der Materialbahn 1 und besitzen gemäß den Figuren 3a+b einen gemeinsamen Spulenkern 7 aus einem Ferrit oder einem Paket von isolierten Eisenblechen.

Zur Erzeugung eines in den Walzenmantel der oberen Walze reichenden Magnetfeldes werden die Spulen 6 von je einer Wicklung elektrischer Stromleiter gebildet. Die einzelnen Windungen der Wicklung haben dabei je zwei parallel und quer zur Umlaufrichtung 9 verlaufende und sich über die gesamte Spulenlänge erstreckende Abschnitte, die gegensinnig von einem Wechselstrom durchflössen werden.

Um den Magnetfluss zu verstärken und durch den Walzenmantel zu richten, ist der Spulenkern 7 zur Walze hin offen, d.h. der der Spulenkern 7 umschließt, außer auf der zum Presselement 2,3 weisenden Seite, die Wicklung.

Bei dem hier gezeigten Beispiel haben alle Spulen 6 zur Vereinfachung der Konstruktion einen gemeinsamen Spulenkern 7, der aus einer Vielzahl von quer zur Umlaufrichtung 9 nebeneinander angeordneten Kernelementen 8 besteht.

Wesentlich ist jedoch, dass der Abstand dieser Kernelemente 8 zum zu beheizenden Presselement 2,3 veränderbar ist. Auf diese Weise kann der Energieeintrag der Spulen 6 und damit auch die Aufheizung in der entsprechenden Zone verändert werden. Soll der Walzenmantel der oberen Walze in einer Zone stärker aufgeheizt werden, so wird das entsprechende Kernelement 8 näher an den Walzenmantel geführt und umgekehrt. Untersuchungen haben ergeben, dass über eine Abstandsveränderung von ca. 15 mm eine Temperaturveränderung von bis zu 30° möglich ist. Wegen des geringen Abstandes zwischen den Kemelementen 8 verstetigt sich der Übergang zwischen den Zonen hinsichtlich Energieeintrag und damit auch Temperatur.

Die Abstandsveränderung der Kernelemente 8 kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder manuell erfolgen.

Bei dem in Figur 4a dargestellten Spulenkern 7 sind alle Kernelemente 8 gleichbreit, wobei die Breite zwischen 75 und 100 mm liegt. Zur umfassenden Beeinflussung des Temperaturprofils lässt sich auch bei allen Kernelementen 8 der Abstand zum zu beheizenden Presselement 2 separat steuern. Werden die Kernelemente 8 von nur einem oder wenigen Eisenblechen gebildet, dann sind auch sehr kleine Zonenbreiten realisierbar.

Im Unterschied dazu sind bei Figur 4b einzelne Kernelemente 8 des Spulenkerns 7 zu Gruppen zusammengefasst und nur gemeinsam änderbar. Dies kann bei der Anpassung an den speziellen Einsatz und einen einfachen Aufbau von Vorteil sein.

Figur 4c wiederum zeigt einen Spulenkern 7 mit unterschiedlich breiten Kernelementen 8, die alle separat steuerbar sind. Besonders am Rand der Material bahn 1 können schmalere Zonen und damit Kernelemente 8 vorteilhaft sein.

Claims

Patentansprüche

1 . Kalander mit wenigstens einem, von zwei gegeneinander gedrückten Presselementen (2,3) mit umlaufender Oberfläche gebildeten Spalt zur

Behandlung einer laufenden Papier-, Karton- oder einer anderen Material bahn (1 ) und zumindest einer induktiven, in Zonen quer zur Umlaufrichtung (9) steuerbaren Heizeinrichtung (5) eines Presselementes (2,3), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (5) wenigstens eine Induktionsspule (6) mit einem Spulenkern (7) besitzt, der aus mehreren separaten, quer zur Umlaufrichtung (9) nebeneinander angeordneten Kernelementen (8) besteht, deren Abstand zum zu beheizenden Presselement (2,3) veränderbar ist.

2. Kalander nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand jedes Kernelementes (8) eines Spulenkernes (7) einer Spule (6) zum zu beheizenden

Presselement (2,3) separat änderbar ist.

3. Kalander nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand mehrerer Kernelemente (8) eines Spulenkernes (7) einer Spule (6) gemeinsam änderbar ist.

4. Kalander nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kernelemente (8) quer zur Umlaufrichtung (9) gleich ist.

5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Breite der Kernelemente (8) quer zur Umlaufrichtung (9) unterschiedlich ist.

6. Kalander nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umlaufrichtung (9) des Presselementes (2,3) nur eine

Spule (6) angeordnet ist.

7. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in

Umlaufrichtung (9) des Presselementes (2,3) mehrere Spulen (6) hintereinander angeordnet sind.

8. Kalander nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Umlaufrichtung (9) mehrere Spulen nebeneinander angeordnet sind.

9. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine, vorzugsweise alle Spulen (6) über die gesamte Breite der Material bahn (1 ) erstrecken.

10. Kalander nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (6) von wenigstens einer Wicklung elektrischer Stromleiter mit quer zur Umlaufrichtung (9) verlaufenden Abschnitten gebildet werden, welche in unterschiedlicher Richtung vom elektrischen Strom durchflössen werden.

1 1 . Kalander nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (7) außer auf der zum Presselement (2,3) weisenden Seite, die Wicklung umschließt.

12. Kalander nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beheizende Presselement (2,3) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.

Kalander nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Presselement (2,3), bevorzugt beide Presselemente (2,3) mit einer zusätzlichen Beheizung versehen ist.

14. Kalander nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beheizung des zumindest einen Presselements (2,3) mittels eines Fluids als Wärmeträger erfolgt.

15. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Presselement über maximal eine Heizeinrichtung verfügt, insbesondere dass der gesamte Kalander nur über genau eine Heizeinrichtung verfügt.

16. Kalander nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (6) mit einer Kühlung versehen ist.