[0001] Die Erfindung betrifft einen Breitnipkalander mit einem umlaufenden Band, das zusammen
mit einem Gegendruckelement einen Breitnip bildet, wobei das Band durch eine Andruckanordnung
in Richtung auf das Gegendruckelement belastet ist und das Gegendruckelement beheizbar
ist.
[0002] Ein derartiger Breitnipkalander ist aus US 6 158 333 A bekannt. Ein derartiger Breitnipkalander
dient dazu, eine Materialbahn, beispielsweise eine Papier- oder Kartonbahn, die den
Breitnip durchläuft, mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu beaufschlagen.
Dadurch, daß der Breitnipkalander im Gegensatz zu einem Kalander, in dem der Nip durch
zwei gegeneinander wirkende Walzen gebildet ist, eine in Bahnlaufrichtung vergrößerte
Behandlungsstrecke und damit auch eine vergrößerte Behandlungszeit aufweist, ist es
möglich, die Bahn mit einer etwas verminderten Druckspannung, dafür aber über eine
längere Behandlungszeit zu behandeln. Damit lassen sich gute Oberflächeneigenschaften
mit einer Schonung des Volumens der Bahn verbinden.
[0003] Die Beheizung des Gegendruckelements, im bekannten Fall der Walze, ist nicht unproblematisch.
Bekannt ist die Beheizung mit Hilfe eines Wärmeträgermediums, beispielsweise einer
heißen Flüssigkeit, wie Öl, oder eines heißen Gases, beispielsweise Wasserdampf. In
beiden Fällen sind Drehdurchführungen erforderlich mit denen die Walze beheizt werden
kann. Alternativ dazu ist es möglich, die Walze von innen mit Hilfe von Induktion
zu beheizen. Bei allen Beheizungsarten von innen ist es erforderlich, daß die Wärme
den Mantel der Gegenwalze durchdringt, was vielfach zu unerwünschten thermischen Spannungen
führt.
[0004] Alternativ dazu ist es bekannt, eine Walze von außen durch Induktion zu beheizen,
wobei die Induktionsheizung am freien Umfang der Gegendruckwalze angeordnet ist. Auch
diese Ausgestaltung ist nicht frei von Nachteilen. Sobald ein Umfangsbereich der Walze
die Induktionsheizung passiert hat, kühlt dieser Bereich der Walze ab, d.h. die im
Nip an die Bahn übertragbare Wärmeenergie ist unter Umständen zu gering. Darüber hinaus
ist es in der Regel nicht möglich, die Bahn über die Länge des Breitnips mit einer
gewissen gleichmäßigen Wärmezufuhr zu beaufschlagen.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beheizungsmöglichkeiten einer Bahn
im Breitnip zu erweitern.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Breitnipkalander der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß die Andruckanordnung eine Erregereinrichtung einer elektrischen Induktionsheizung
aufweist, die auf das Gegendruckelement wirkt.
[0007] Mit dieser Ausgestaltung wird das Gegendruckelement, beispielsweise eine Gegendruckwalze
oder ein Gegendruckband, im Breitnip beheizt, also dort, wo die Wärme erforderlich
ist, um die durchlaufende Bahn zu beaufschlagen. Die Induktionsheizung heizt sozusagen
durch das umlaufende Band hindurch. Das umlaufende Band, das vielfach aus einem Kunststoffmaterial
gebildet ist, heizt sich dabei nicht selbst auf. Es wird allenfalls durch die Papierbahn
hindurch von dem Gegendruckelement mit beheizt. Dies ist aber in der Regel unkritisch.
Die Induktionsheizung wirkt zunächst auf die Oberfläche des Gegendruckelements. Von
dort wird die zugeführte Wärme unmittelbar auf die den Breitnip durchlaufende Materialbahn
übertragen. Bei einer entsprechenden Energieversorgung der Induktionsheizung kann
man dafür sorgen, daß das Gegendruckelement praktisch nicht weiter als erforderlich
erwärmt wird, so daß unerwünschte thermische Spannungen mit großer Zuverlässigkeit
vermieden werden können.
[0008] Vorzugsweise weist die Erregereinrichtung eine Fokussierungseinrichtung auf. Eine
Fokussiereinrichtung wird verwendet, um das Magnetfeld, das durch die Erregereinrichtung
erzeugt wird, gezielt in bestimmte Bereiche zu lenken. Man kann daher die Energie,
die zum Erregen des magnetischen Feldes erforderlich ist, besser ausnutzen. Der Wirkungsgrad
der Induktionsheizung wird dadurch gesteigert. Darüber hinaus kann man Störungen,
die durch das Magnetfeld möglicherweise nach außen getragen werden können, klein halten.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der Nachbarschaft des Breitnipkalanders
elektronische Geräte betrieben werden sollen, die unter Umständen unerwartet auf ein
Magnetfeld reagieren.
[0009] Hierbei ist bevorzugt, daß die Fokussierungseinrichtung Transformationsbleche aufweist,
die zusammen mit dem Gegendruckelement eine Induktionswicklungsanordnung umgeben.
Man erzeugt also einen nahezu vollständig geschlossenen magnetischen Kreis, der lediglich
unterbrochen wird durch einen Luftspalt, der im Betrieb ausgefüllt ist durch das Band
und die den Breitnip durchlaufende Materialbahn. Damit wird praktisch die gesamte
magnetische Energie, die von der Induktionswicklungsanordnung erregt wird, in das
Gegendruckelement eingetragen und für die Beheizung des Gegendruckelements verwendet.
[0010] Bevorzugterweise weist die Erregereinrichtung eine elektrische Versorgungseinrichtung
mit veränderbarer Speisefrequenz auf. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Leistung
der elektrischen Induktionsheizung zu verändern. Eine Möglichkeit besteht darin, die
Stärke des Stroms zu verändern, der das magnetische Feld erregt. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Frequenz zu verändern. Die Veränderung der Frequenz hat Einfluß
darauf, wie tief das Magnetfeld in das Gegendruckelement eindringt. Höhere Frequenzen
bewirken eine geringere Eindringtiefe. Mit höheren Frequenzen steht also ein geringerer
Leitungsquerschnitt im Gegendruckelement für den elektrischen Strom zur Verfügung,
so daß sich hier eine höhere Temperatur ergibt. Mit einer Veränderung der Frequenz
läßt sich also auch Einfluß darauf nehmen, wie das Gegendruckelement aufgeheizt wird.
[0011] Vorzugsweise wirkt die Erregereinrichtung unmittelbar vor und/oder in einer Preßzone
des Breitnips auf das Gegendruckelement. Es hat Vorteile, das Gegendruckelement bereits
kurz vor dem Breitnip durch Induktion zu beheizen, damit die Oberfläche des Gegendruckelements
bereits mit einer erhöhten Temperatur in den Breitnip einläuft. Man kann dann von
Anfang an eine Kombination aus erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur auf die Materialbahn
wirken lassen. Natürlich kann die Erregung, d.h. die Beheizung des Gegendruckelements,
auch im Breitnip fortgesetzt werden. Damit wird gewährleistet, daß die erhöhte Temperatur
auch über eine vorbestimmte Zeitdauer auf die Materialbahn wirken kann und die Temperatur
des Gegendruckelements nicht aufgrund der Wärmeübertragung an die Materialbahn absinkt.
Es wird vielmehr laufend neue Wärme zugeführt. Im Grunde genommen ist jede Kombination
einer Beheizung unmittelbar vor der Preßzone und innerhalb der Preßzone des Breitnips
denkbar.
[0012] Vorzugsweise endet eine Einwirkung der Erregereinrichtung auf das Gegendruckelement
innerhalb der Preßzone. Insbesondere bei einem Gegendruckelement mit einer geringen
Wärmekapazität fällt die Temperatur der Oberfläche des Gegendruckelements nach dem
Ende der magnetischen Erregung schnell ab. Man kann dies dazu verwenden, einen "Schock"
für die Materialbahn zu vermeiden, wenn sie den Breitnip verläßt.
[0013] Hierbei ist insbesondere bevorzugt, daß das Gegendruckelement beim Austritt aus dem
Breitnip eine Oberflächentemperatur von weniger als 100° C aufweist. Mit dieser Ausgestaltung
kann man eine sogenannte "Flashverdampfung" vermeiden. Eine Flashverdampfung tritt
dadurch auf, daß Feuchtigkeit, die innerhalb der Materialbahn verdampft, im Breitnip
aber aufgrund des Einschlusses der Materialbahn zwischen dem Band und dem Gegendruckelement
nicht entweichen kann, plötzlich austritt, wenn eine der beiden Begrenzungen entfällt.
Wenn man hingegen dafür sorgt, daß die Temperatur der Bahn beim Austritt aus dem Breitnip
bereits unter 100° C liegt, dann besteht auch keine Gefahr, daß die Feuchtigkeit aus
der Bahn heraus verdampft und dabei die im Breitnip geglättete Oberfläche aufreißt.
[0014] Bevorzugterweise erzeugt die Erregereinrichtung eine in Bahnlaufrichtung variierende
Heizleistung. Man kann dann beispielsweise die Heizleistung in Bahnlaufrichtung zunehmen
oder abnehmen lassen, je nach dem, wie die Anforderungen sind. Man kann auch ein Temperaturmaximum
etwa in der Mitte des Breitnips erzeugen. Durch diese Ausführungsform lassen sich
die Behandlungsmöglichkeiten im Breitnip erweitern.
[0015] Vorzugsweise ist der Verlauf der Heizleistung in Bahnlaufrichtung einstellbar. Man
kann also, je nach dem, welche Materialbahn behandelt wird, den Verlauf der Heizleistung
im Breitnip verändern. Damit wird eine weitere Flexibilisierung erreicht.
[0016] Bevorzugterweise weist das Gegendruckelement eine durch Induktion erwärmbare Oberflächenschicht
auf einem durch Induktion weniger gut erwärmbaren Tragkörper auf. Mit dieser Maßnahme
erreicht man ein Gegendruckelement, das selbst eine relativ kleine Wärmekapazität
hat. Man kann dann dafür sorgen, daß die Temperatur im Breitnip praktisch ausschließlich
von der Induktionsheizung beeinflußt wird, während die Oberflächentemperatur sich
außerhalb des Breitnips relativ schnell an die Umgebungstemperatur angleicht. Damit
lassen sich thermische Spannungen im Gegendruckelement kleinhalten, was insbesondere
dann von Vorteil ist, wenn das Gegendruckelement durch eine Walze gebildet ist.
[0017] Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine erste Ausführungsform eines Breitnipkalanders in schematischer Darstellung,
- Fig. 2
- eine zweite Ausführungsform eines Breitnipkalanders,
- Fig. 3
- eine Darstellung eines Heizverlaufs und
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer Gegendruckwalzee.
[0018] Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Breitnipkalander 1 weist ein umlaufendes
Band 2 auf, das mit einem als Walze 3 ausgebildeten Gegendruckelement einen Breitnip
4 bildet. Das Band 2 wird dabei durch eine Andruckanordnung 5 mit einem Anpreßschuh
6 gegen die Walze 3 gedrückt. Eine Papier- oder Kartonbahn 7, die den Breitnip 4 durchläuft,
wird also unter der Wirkung des Anpreßschuhs 6 in dem Breitnip 4 zunächst mit erhöhtem
Druck beaufschlagt. Der Anpreßschuh 6 weist hierbei eine Andruckfläche 8 auf, die
konkav gewölbt ist und deren Krümmung im wesentlichen der Krümmung der Walze 3 angepaßt
ist. In der Andruckfläche 8 können in an sich bekannter und daher nicht dargestellter
Weise Einrichtungen zum Herabsetzen der Reibung zwischen dem Band 2 und dem Anpreßschuh
6 vorgesehen sein. Beispielsweise kann hier eine hydraulische Schmierung vorgesehen
sein, bei der laufend ein Schmieröl zwischen den Anpreßschuh 6 und das Band 2 eingespeist
wird.
[0019] Zusätzlich ist im Anpreßschuh 6 eine Wicklung 9 einer Induktionsheizung aufgenommen.
Die Wicklung 9 bildet eine Erregereinrichtung der Induktionsheizung. Wenn ein Strom
durch die Wicklung 9 fließt, dann erzeugt dieser Strom ein Magnetfeld, das in die
Walze 3 eindringt, zumindest in die Oberfläche der Walze. Wenn sich die Walze 3 gegenüber
dem Magnetfeld bewegt, dann wird ein Gegenstrom in der Oberfläche der Walze 3 induziert,
der seinerseits zu einer Erwärmung der Oberfläche der Walze führt. Man kann die Heizleistung
noch dadurch steigern, daß man einen Wechselstrom durch die Wicklung 9 fließen läßt.
In diesem Fall erzeugt der Wechselstrom einen Wirbelstrom in der Oberfläche der Walze
3, was die Heizleistung weiter verbessert. Darüber hinaus ist die Eindringtiefe eines
Wirbelstroms in die Oberfläche der Walze 3 begrenzt. Die Eindringtiefe hängt ab von
der Frequenz und von den Materialeigenschaften der Walze 3. Wenn man die Frequenz
so hoch wählt, daß die Eindringtiefe auf wenige Millimeter begrenzt ist, dann wird
auch entsprechend nur ein weniger Millimeter dicker Bereich an der Oberfläche der
Walze 3 beheizt. Man muß nicht die gesamte Walze 3 oder die gesamte Walzenschale der
Walze 3 beheizen, um die notwendige Temperatur in die Bahn 7 eintragen zu können.
[0020] In dem Anpreßschuh 6 sind Transformatorbleche 10 vorgesehen. Diese Transformatorbleche
10 können aufeinander gestapelt sein, also in Achsrichtung der Walze 3 flächig nebeneinander
aufgereiht sein. Vorzugsweise sind die Transformatorbleche 10 elektrisch gegeneinander
isoliert. Dies kann beispielsweise durch eine dünne Lack- oder Oxidschicht auf der
Oberfläche der Transformatorbleche 10 erfolgen. In diesen geschichteten Transformatorblechen
10 bilden sich dann keine Wirbelströme aus. Vielmehr wirken die Transformatorbleche
als Fokussiereinrichtung, die das gesamte Magnetfeld auf die Gegenwalze 3 fokussieren.
Streuverluste werden kleingehalten. Es wird ein magnetischer Kreis gebildet, der sich
in den Transformatorblechen 10 und der Gegenwalze 3 schließt. Ein Luftspalt besteht
praktisch nur in der Dicke des Bandes 2 und der Bahn 7.
[0021] Dargestellt ist, daß die Transformatorbleche 10 E-förmig ausgebildet sind. Andere
Formen für die Transformatorbleche sind möglich, wenn sie bewirken, daß das magnetische
Feld, das durch den Strom in der Wicklung 9 erzeugt wird, hauptsächlich in der Gegenwalze
3 fokussiert wird.
[0022] Dargestellt ist, daß die Induktions-Wicklung 9 die Walze 3 hauptsächlich in der Preßzone
des Breitnips 4 beheizt. Ein anderer Heizverlauf ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist
eine Heizlänge H im Verhältnis zu einer Preßlänge P angegeben. Aus Fig. 3 ist ersichtlich,
daß die Beheizung der Gegenwalze 3 bereits vor dem Pressenbereich des Breitnips 4
beginnt. Die Oberflächentemperatur T
WO der Oberfläche der Walze 3 steigt dann bereits vor dem Eintritt in die Pressenzone
des Breitnips 4 von etwa 90° C auf etwa 150° C, so daß die Bahn 7 unmittelbar beim
Eintritt in die Preßzone des Breitnips 4 mit der heißen Walze unter Druck kontaktiert
wird.
[0023] Die Beheizung endet allerdings in der Preßzone des Breitnips 4, so daß die Oberflächentemperatur
T
WO bei einer Walze mit entsprechend geringer Wärmekapazität wieder auf unter 100° C
abkühlen kann, bevor die Bahn 7 den Breitnip 4 verläßt. Dies vermeidet eine Flashverdampfung,
d.h. die in der Bahn 7 enthaltene Feuchtigkeit kann kondensieren bevor die Bahn 7
den Breitnip 4 verläßt. Dadurch wird vermieden, daß der Dampf explosionsartig aus
der Bahn 7 austritt, wenn die Bahn 7 den Breitnip verläßt. Dieses Phänomen wird als
"Flashverdampfung" bezeichnet. Die Flashverdampfung reißt die im Breitnip 4 geglättete
Oberfläche der Bahn 7 auf. Dadurch, daß die Heizlänge auf einen Bereich begrenzt ist,
der im Breitnip 4 endet und sogar in der Preßzone des Breitnips 4, wird die Flashverdampfung
mit großer Zuverlässigkeit vermieden.
[0024] In Fig. 1 ist dargestellt, daß das Band 2 eine relativ große Dicke hat. Ein derartig
dickes Band läuft nach Art einer Walze um und ist in der Regel an den Stirnseiten
über Stirnscheiben geschlossen. Es ist aber auch möglich, ein dünneres Band 2 zu verwenden,
das durch Umlenkrollen im Umlauf geführt ist.
[0025] Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der gleiche Teile mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Das Gegendruckelement ist in diesem Fall
nicht als Walze 3 ausgebildet, sondern als Stahlband 11, das an einem Abstützschuh
12 anliegt, wenn der Anpreßschuh das Band 2 gegen das Stahlband 11 drückt. Auch auf
diese Weise wird ein Breitnip 4 realisiert. Die Induktionswicklung 9 beheizt das Stahlband
11, wenn Strom durch sie hindurchfließt. Der Abstützschuh kann dabei mitbeheizt werden.
Vorzugsweise wird man aber die Frequenz der Induktionswicklung so einstellen, daß
lediglich das Stahlband 11 beheizt wird.
[0026] Schematisch dargestellt ist eine Versorgungseinrichtung 13, die die Wicklung 9 mit
Strom versorgt. Die Versorgungseinrichtung 13 ist in der Lage, die Frequenz des Stromes
zu verändern. Hierzu ist ein Einstelleingang f vorgesehen.
[0027] Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Walze 3. Die Walze 3 weist eine
Walzenachse 14 auf auf der ein Isolierkörper 15 angeordnet ist. Der Isolierkörper
15 bewirkt eine thermische Isolierung der Walzenachse 14 von einem Mantel 16, der
als dünne Schicht auf dem Isolierkörper 15 vorgesehen ist. In Fig. 4 ist der Mantel
16 übertrieben dick dargestellt. Er ist in Wirklichkeit in Radialrichtüng wesentlich
dünner.
[0028] Bei einer derartigen Ausgestaltung wird lediglich der Mantel 16 beheizt, d.h. eine
relativ dünne Oberflächenschicht der Walze 3 damit wird eine Beheizung nur an solchen
Stellen bewirkt, an denen die Walze auch Wärme an die Bahn 7 abgeben kann. Dies ist
einerseits ein sehr energiesparender Betrieb. Zum anderen werden thermische Spannungen
in der Walze 3 weitgehend vermieden.
[0029] Dargestellt ist eine einzige Wicklung 9, mit der ein Magnetfeld in der Gegenwalze
3 oder dem Stahlband 11 induziert wird. Man kann natürlich in Laufrichtung der Bahn
auch mehrere Wicklungen anordnen, so daß man die Möglichkeit erhält, die Heizleistung
in Laufrichtung der Bahn zu verändern. Die Heizleistung kann also beispielsweise ansteigen
oder abnehmen oder auch gleich bleiben. Wenn jede Wicklung getrennt ansteuerbar ist,
dann läßt sich unter Umständen auch die Beheizung des Gegendruckelements, also der
Gegenwalze 3 oder des Stahlbandes 11 während des Betriebs verändern.
1. Breitnipkalander mit einem umlaufenden Band, das zusammen mit einem Gegendruckelement
einen Breitnip bildet, wobei das Band durch eine Andruckanordnung in Richtung auf
das Gegendruckelement belastet ist und das Gegendruckelement beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckanordnung (5) eine Erregereinrichtung (9) einer elektrischen Induktionsheizung
aufweist, die auf das Gegendruckelement (3, 11) wirkt.
2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung (9) eine Fokussierungseinrichtung (10) aufweist.
3. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung (10) Transformatorbleche aufweist, die zusammen mit
dem Gegendruckelement (3, 11) eine Induktionswicklungsanordnung umgeben.
4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung (9) eine elektrische Versorgungseinrichtung (13) mit veränderbarer
Speisefrequenz (f) aufweist.
5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung (9) unmittelbar vor und/oder in einer Preßzone des Breitnips
(4) auf das Gegendruckelement (3, 11) wirkt.
6. Kalander nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einwirkung der Erregereinrichtung (9) auf das Gegendruckelement (3, 11) innerhalb
der Preßzone endet.
7. Kalander nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckelement (3, 11) beim Austritt aus dem Breitnip (4) eine Oberflächentemperatur
(TOW) von weniger als 100° C aufweist.
8. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung (9) eine in Bahnlaufrichtung variierende Heizleistung erzeugt.
9. Kalander nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Heizleistung in Bahnlaufrichtung einstellbar ist.
10. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckelement (3) eine durch Induktion erwärmbare Oberflächenschicht (16)
auf einem durch Induktion weniger gut erwärmbaren Tragkörper (15) aufweist.