DE19844166A1

DE19844166A1 - Kontinuierlich arbeitende Presse

Info

Publication number: DE19844166A1
Application number: DE1998144166
Authority: DE
Inventors: Matthias Graf
Original assignee: Maschinenfabrik J Dieffenbacher GmbH and Co; Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-27
Filing date: 1998-09-27
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich arbeitende Presse zur Herstellung von Platten, mit den Preßdruck auf das Preßgut übertragenden und durch die Presse ziehenden endlosen Stahlbändern, die über Antriebs- und Umlenktrommeln umlaufend um Preßtisch und Preßbär geführt sind und die sich mit einstellbaren Preßspalt über mitlaufende, mit ihren Achsen quer zur Bandlaufrichtung geführten Rollkörpern gegen am Preßtisch und Preßbär angeordneten beheiz- oder kühlbaren Preßplatten abstützen. Die Erfindung besteht darin, daß die Rollkörper (1) in ihrem Durchmesser aus mehreren Schichten unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei die äußere Schicht als Rohrkranz (17) aus einem Werkstoff hoher und die Kernschicht (18) aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität aufgebaut sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Presse zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten und Kunststoffplatten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den bisher bekannten kontinuierlich arbeitenden Fressen, zum Beispiel in DE 39 13 991 C2, werden die Stahlbänder mittels Rollstangen oder Rollenketten gegen die Abrollflächen abgestützt. Diese Rollkörper sind dabei bisher aus einem homogenen isotropen metallischem Werkstoff hergestellt. Neben der reinen reibungsmindernden Aufgabe und Abstützung der Stahlbänder sowie der mechanischen Weiterleitung der Preßkräfte von den Preßplatten, erfüllen diese Rollkörper zusätzlich noch die Funktion der Wärmeübertragung. Die zum Beispiel zur Aushärtung der Holzwerkstoffplatten benötigte Wärme wird üblicherweise über Wärmeträgermedien in das Beheizungskanalsystem der Preßplatten eingebracht. Entsprechend dem Wärmeübergangswiderstand auf dieser Strecke und dem anstehenden Temperaturgefälle zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Preßgut stellt sich ein Wärmestrom ein, von den beheizten Preßplatten über die Rollkörper, den Stahlbändern in das Preßgut. Dabei ist die Wärmeübertragung von den Preßplatten an die Stahlbänder über die nur kurzzeitige Linienberührung durch die Rollkörper als nicht gut zu bezeichnen, das heißt, ein nicht unerheblicher Anteil des gesamten Wärmeübergangswiderstandes wird dabei durch die Rollkörper verursacht. Während auf der restlichen Strecke die Wärmeübertragung durch quasi stationäre Wärmeleitung erfolgt, findet die Wärmeübertragung über die Rollkörper durch dynamische instationäre Wärmeleitung statt.

Bei Anlagen zur kontinuierlichen Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wie aus DE-OS 29 22 151 bekannt, ist es prozeßtechnisch vorteilhaft der Aufheizphase des Produktes eine Kühlphase in der Presse hinterher zu schalten. Zum Einsetzen der Polymerisation des Bindemittels sind zwischen 100° Celsius bis 120° Celsius erforderlich. Bei konventioneller Herstellung werden diese zuletzt in der Mitte des Preßgutes erreicht, da die Erwärmung von den Oberflächen zur Mitte hin über Wärmeleitung erfolgt. Um kurze Heizzeiten zu erreichen, wird an den Preßflächen eine Oberflächentemperatur von 153° Celsius bis 180° Celsius eingestellt. Dadurch werden die oberflächennahen Schichten des Preßgutes über die technologisch erforderliche Temperatur hinaus überhitzt. Dies führt zu einer Degradierung der Festigkeitseigenschaften des Holzes, als auch der einiger Bindemittel, zum Beispiel von Ureaformaldehyden.

Desweiteren wird aus den oberflächennahen Schichten zu viel Wasser ausgetrieben, woraus eine zu geringe Restfeuchte der fertigen Platte resultiert und ein zu starkes Feuchtigkeitsgefälle über die Plattendicke entsteht. Bei der beschriebenen gattungsgemäßen kontinuierlich arbeitenden Presse, werden die Stahlbänder und die Rollkörper in Transportrichtung durch die Pressen gefördert. Um die gewünschte und erforderliche Oberflächentemperatur zu erzielen, müssen diese Elemente mit abgekühlt werden. Speziell die Rollkörper besitzen durch ihre große Masse eine hohe gespeicherte Wärmekapazität, wodurch der Energiebedarf zur Temperaturänderung sehr hoch wird. Eine bekannte Lösungsmöglichkeit nach DE-OS 29 22 151 zur Reduzierung des Energiebedarfes und Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeiten, besteht darin einen separaten Rollkörperumlauf für die Heiz- bzw. Kühlzone zu bauen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Übergangsstellen fixiert sind. Je nach Produktdicke sollte der Übergang von Heizen auf Kühlen aber an unterschiedlichen Stellen stattfinden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierlich arbeitende Presse mit kürzerer Preßstrecke oder schnellerer Durchsatzgeschwindigkeit bzw. kürzerer Einwirkzeit der Höchsttemperatur innerhalb der Preßstrecke auf die Oberflächen des Preßgutes zu schaffen, wozu eine Verbesserung des Wärmeübergangswiderstandes der Rollkörper beim Heizen und eine geringere Wärmekapazitätaufnahme der Rollkörper beim Kühlen beitragen soll.

Die Lösung für diese Aufgabe besteht darin, daß die Rollkörper in ihrem Durchmesser aus mehreren Schichten unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei die äußere Schicht als Rohrkranz aus einem Werkstoff hoher und die Kernschicht innerhalb des Rohrkranzes aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität aufgebaut ist.

Die Lehre gemäß der Erfindung besteht darin, die Rollkörper in ihrem Aufbau, Materialgefüge oder Materialkomposition mehrschichtig zu gestalten, um damit gezielt die einzelnen Schichten entsprechend ihrer Funktion bei der Wärmeübertragung optimaler gestalten zu können und dadurch die unerwünschte Reduzierung der Randschichttemperatur zu vermindern, was zu einer beschleunigten Erwärmung des Preßgutes führt, wodurch die kontinuierlich arbeitenden Pressen bei gleicher Produktionskapazität kürzer ausgeführt werden können und damit kostengünstiger sind. Dabei haben folgende Erkenntnisse und Überlegungen zur Erfindung geführt:
Wie bereits zum Stand der Technik angegeben, wird ein nicht unerheblicher Teil des gesamten Wärmeübergangswiderstandes durch die rollenden Abstützkörper verursacht. Während in den restlichen Bereichen die Wärmeübertragung durch quasi stationäre Wärmeleitung erfolgt, findet die Wärmeübertragung über die Rollkörper durch dynamische instationäre Wärmeleitung statt. Beim Kontakt mit der beheizten Abrollfläche nimmt jedes Randschichtelement dV Wärme auf. In Abhängigkeit vom spezifischen Preßdruck und der Elastizität der Rollkörper und der Abrollfläche, bestimmt sich die Berührbreite aus der Hertz'schen Pressung, die zusammen mit der Pressengeschwindigkeit die Zeitdauer des Kontaktes bestimmt. Nur für diese sehr kurze Kontaktdauer wird Wärme durch Wärmeleitung in das Randschichtelement eingebracht. Dadurch erhöht sich die Temperatur im Randschichtbereich, wobei sich am Ende des Kontaktes ein Temperaturprofil entsprechend Fig. 2, Verlaufskurve V1 ergibt. In Abhängigkeit von der Kontaktdauer und den Wärmeleitfähigkeiten des Kontaktpaares, ergibt sich lediglich innerhalb einer Randschichtdicke x eine Veränderung der Temperatur. Im Anschluß an die Wärmeaufnahme erfolgt nun durch die Rotation der Rollkörper quasi der Wärmetransport hin zur Wärmeabgabe an der Kontaktstelle zum Stahlband. Im Verhältnis zur Kontaktdauer ist die Transportdauer sehr lange. In dieser Phase verringert sich die Temperatur eines Randschichtelements, da durch das Temperaturgefälle zum Zentrum des Rollkörpers Wärme zum Zentrum geleitet wird. Dies führt zu einer Veränderung des Temperaturprofils, wobei das Energieniveau des Rollkörpers unverändert bleibt. Kurz vor dem Kontakt mit dem Stahlband ergibt sich tendenziell ein Temperaturprofil V3, Fig. 2. Bei der Wärmeabgabe an das Stahlband finden die gleichen Prozesse mit umgekehrten Vorzeichen statt. Die nun verringerte Randschichttemperatur T4 führt zu einer Reduzierung der Wärmeabgabe an das Stahlband, die sich linear zur anstehenden Temperaturdifferenz T4-T2 verhält. Eine Steigerung der Oberflächentemperatur T1 an den Preßplatten, zur Kompensierung der oben beschriebenen Temperaturreduzierung, ist jedoch aus Gründen der Vercrackungsgefahr des eingesetzten Schmierstoffes für die Rollenkörper limitiert. Die Einsatztemperatur derzeit verfügbarer Schmieröle ist auf maximal 245° Celsius begrenzt und wird bei den heutigen kontinuierlich arbeitenden Pressen bereits meist voll ausgeschöpft. Die Randschichtdicke der beim unmittelbaren Kontakt zu den Abrollflächen bzw. dem Stahlband beeinflußten Zone, beträgt je nach Produktionsgeschwindigkeit 0,1 mm bis 1 mm. Bei extrem langsamen Produktionsgeschwindigkeiten von etwa 20 mm/s wie sie zum Beispiel bei der LVL-Produktion gefahren werden, kann die beteiligte Randschichtdicke auch bis zu 2 mm betragen. Als Kriterium bei der Wahl des Werkstoffes sind die Stoffwerte Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Dichte ausschlaggebend. Das Produkt dieser dreü Stoffwerte ist ein Maß für das Wärmeaufnahmevermögen bei instationärer Wärmeleitung und sollte für den Randschichtwerkstoff möglichst groß und für den Kernwerkstoff möglichst klein sein.

Erfindungsgemäß werden die Rollkörper aus einem keramischen Werkstoff hergestellt, bei dem die äußere Randschicht zum Beispiel aus Siliziumkarbid mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von circa 100 Wm^-1k^-1 und die Kernschicht, zum Beispiel aus Aluminiumoxid mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit von circa 15 Wm^-1k^-1 besteht. Im Vergleich hierzu hat der heute eingesetzte ferritische Vergütungsstahl eine Wärmeleitfähigkeit von 52 Wm^-1k^-1. Als Randschicht in Kombination mit einem austenitischen Metall (X 5 Cr Ni Mo 18 10) als Kernschicht kann er bei bestimmten Bedingungen in der kontinuierlich arbeitenden Presse eingesetzt werden. Das Produkt aus Wärmekapazität und Dichte ist bei allen vier Werkstoffen in etwa gleich groß. Ein solcher Aufbau mit metallischen Werkstoffen kann gewählt werden, wobei hier mit unterschiedlichen Legierungselementen wie zum Beispiel Chrom die Wärmeleitfähigkeit in gewissen Grenzen beeinflußbar ist, wenn nicht höchste Leistungsanforderungen an die kontinuierlich arbeitende Presse gestellt werden.

Auch ein dünnwandiges Rohr, welches zur mechanischen Unterstützung mit einem geeigneten Füllstoff, wie zum Beispiel glasfaserverstärktes Polytetrafluorethylen (PTFE) gefüllt wird, ist für bestimmte Anwendungen zweckmäßig. Das PTFE würde dabei auch noch die Funktion eines Gleitlagerwerkstoffes zur Aufnahme des Zentrierbolzens bzw. des Verbindungsstabes zur Transport- bzw. Führungskette seitlich außerhalb der Preßzone übernehmen, wenn entsprechende Bohrungen in den Stirnseiten des Rollkörpers eingebracht sind. Auch eine dünne Isolierschicht zwischen Mantel und Kern könnte zur Erfüllung der gewünschten Funktionen beitragen. Bei der Bestimmung der Dicke der hochwärmeleitfähigen Randschicht muß natürlich der Verlauf der Hertz'schen Flächenpressung mit berücksichtigt werden. Der eingesetzte Werkstoff muß die entstehenden Belastungen als Dauerschwingbelastung ertragen können.

Zum Kühlen eines Preßstreckenteils bietet der oben beschriebene Rollkörper den Vorteil der geringeren Wärmekapazitätsaufnahme wodurch Temperaturänderungen mit wesentlich geringerem Energieaufwand durchgeführt werden können. Prozeßtechnisch vorteilhaft ist es dabei, einen möglichst großen Temperaturgradienten in Transportrichtung einstellen zu können, um innerhalb kurzer Strecken, von zum Beispiel 170° Celsius Oberflächentemperatur auf 90° Celsius zu gelangen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Rollkörpers besteht darin, daß die Kernschicht als eine Rollstange oder Stab aus einem Isolierwerkstoff höchster Isolierfähigkeit, nämlich aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt ist, der mit einem metallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. 52 Wm^-1k^-1 und hoher Wärmekapazität, wie zum Beispiel aus einem ferritischen Metall Cf53, als Randschicht (Rohrkranz) beschichtet ist.

Bei der Verwendung von Isolierwerkstoffen als Sperrschicht zwischen Rohrkranz und Kernschicht oder als Kernschicht direkt ist von Vorteil, daß der Wärmetransport vom Rand zum Kern des Rollkörpers minimiert wird. Dadurch bleibt die Rollkörperoberfläche auf einem höheren Temperaturniveau und der Wärmeübergang von den Preß-/Heizplatten zum Stahlband wird verbessert. Statt dem Siliziumkarbid als Randschichtwerkstoff wäre unter Umständen auch die Verwendung von Beriliumoxid möglich.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 die kontinuierlich arbeitende Presse mit Rollkörpern gemäß der Erfindung in Seitenansicht,

Fig. 2 in einem Ausschnitt nach Fig. 1 den Rollkörperquerschnitt gemäß der Erfindung zwischen der oberen Preß-/Heizplatte und dem oberen Stahlband,

Fig. 3 ein Temperatur-Weg-Diagramm zur Fig. 2 als Temperaturprofil des drehenden Rollkörpers,

Fig. 4 die erfindungsgemäße Ausbildung des Rollkörpers nach Fig. 2 und

Fig. 5 eine weitere Ausbildung des Rollkörpers nach den Fig. 2 und 4.

Die Fig. 1 zeigt die kontinuierlich arbeitende Presse 5 mit Rollstangen bzw. Rollkörpern 1 gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Fertigplatte 21. Sie besteht aus dem heb- und senkbaren Preßbär 8, dem festen Preßtisch 9 und diese verbindenden Zugsäulen 14. Zur Einstellung des Preßspaltes 13 ist der Preßbär 8 von hydraulischen Kolbenzylinder-Anordnungen (nicht dargestellt) auf und abbewegbar ausgeführt. Die endlosen Stahlbänder 6 und 7 zum Durchziehen des Preßgutes 2 durch die kontinuierlich arbeitende Presse 5 sind über je eine Antriebstrommel 10 und über je eine Umlenktrommel 11 um Preßtisch 9 und Preßbär 8 umlaufend geführt. Zur Reibungsminderung zwischen den am Preßtisch 9 und Preßbär 8 angebrachten mit Heiz- oder Kühlkanälen 16 versehenen Preß-/Heizplatten 3 und 4 und den umlaufenden Stahlbändern 6 und 7 ist umlaufend je ein aus Rollkörpern 1 gebildeter Rollstangenteppich vorgesehen. Dafür sind die Rollkörper 1 an beiden Längsseiten mittels Zentrierbolzen (nicht dargestellt) in endlosen Führungsketten 12 verankert und ebenfalls um Preßbär 8 und Preßtisch 9 umlaufend geführt.

Fig. 2 zeigt in einem Ausschnitt C aus Fig. 1 die Anordnung eines Rollkörpers 1 abrollend zwischen der oberen Preß-/Heizplatte 3 und dem oberen Stahlband 6 sowie den Wärmeübergang von der Preß-/Heizplatte 3 über die Randschicht des Rollkörpers 1, dargestellt als Randschichtelement 15, mit der Aufnahmetemperatur T1 und der Übergabetemperatur T2. Die dabei mit der Randschichtdicke X aufgenommen erhöhte Wärmeenergie wird an der Berührungsstelle Rollkörper 1/Stahlband 6 abgegeben, wobei sich am Ende des Kontaktes ein Temperaturprofil entsprechend Fig. 3 Verlaufskurve V1 ergibt. Kurz vor dem Kontakt mit dem Stahlband 6 ergibt sich dabei das mit Temperatur T4 und Verlaufskurve T3 gezeigte Temperaturprofil. In Fig. 4 ist der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rollkörpers 1 mit dem aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmekapazität ausgeführten Rohrkranz 17, dem Rohrkanal 20 und der aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität ausgeführten (hergestellten) Kernschicht 18 dargestellt. Nach Fig. 5 ist zwischen der Kernschicht 18 und dem Rohrkranz 17 noch eine Isolationsschicht 19 eingebracht.

Bezugszeichenliste

1

Rollkörper

2

Preßgut

3

Preß-/Heizplatte oben

4

Preß-/Heizplatte unten

5

kontinuierlich arbeitende Presse

6

Stahlband oben

7

Stahlband unten

8

Preßbär

9

Preßtisch

10

Antriebstrommel

11

Umlenktrommel

12

Preßspalt

13

Zugsäulen

14

Randschichtelement

15

Heiz- und Kühlkanäle

16

Rohrkranz

17

Kernschicht

18

Randschicht

19

Isolationsschicht

20

Rohrkanal

21

Fertigplatte

Claims

1. Kontinuierlich arbeitende Presse zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten wie Span-, Faser- und Schnitzelplatten sowie Kunststoffplatten aus kombiniertem Anteil von Holz und Kunststoff als auch aus Kunststoff mit und ohne Verstärkungseinlagen, mit den Preßdruck auf das Preßgut übertragenden und durch die Presse ziehenden endlosen Stahlbändern, die über Antriebs- und Umlenktrommeln umlaufend um Preßtisch und Preßbär geführt sind und die sich mit einstellbaren Preßspalt über mitlaufende, mit ihren Achsen quer zur Bandlaufrichtung geführten Rollkörpern gegen am Preßtisch und Preßbär angeordneten beheiz- oder kühlbaren Preßplatten abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper (1) in ihrem Durchmesser aus mehreren Schichten unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei die äußere Schicht als Rohrkranz (17) aus einem Werkstoff hoher und die Kernschicht (18) aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität aufgebaut sind.

2. Kontinuierlich arbeitende Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für den Rohrkranz (17) aus Siliziumkarbid hoher Wärmeleitfähigkeit bis circa 100 Wm^-1k^-1 und der Werkstoff für die Kernschicht (18) aus Aluminiumoxid geringer Wärmeleitfähigkeit bis circa 15 Wm^-1k^-1 besteht.

3. Kontinuierlich arbeitende Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für den Rohrkranz (17) aus einem ferritischen Metall (Cf53) mit einer Wärmeleitfähigkeit von 52 Wm^-1k^-1 und für die Kernschicht (18) aus einem austenitischen Metall (X 5 Cr Ni Mo 18 10) mit einer Wärmeleitfähigkeit von 14 Wm^-1k^-1 besteht.

4. Kontinuierlich arbeitende Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkranz (17) aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und der Rohrkanal (20) als Kernschicht (18) mit einem geeigneten Isolationsstoff ausgefüllt ist.

5. Kontinuierlich arbeitende Presse nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsfüllstoff für die Kernschicht (18) aus glasfaserverstärktem Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.

6. Kontinuierlich arbeitende Presse nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rohrkranz (17) und der Kernschicht (18) eine Isolationsschicht (19) vorgesehen ist.

7. Kontinuierlich arbeitende Presse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Stirnseiten der Kernschicht (18) des Rollkörpers (1) Bohrungen für die Zentrierbolzen der Führungskette (12) vorgesehen sind.

8. Kontinuierlich arbeitende Presse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (18) des Rollkörpers (1) aus einem vorgefertigten Polyetheretherketon-Stab (PEEK) besteht, auf dessen Manteloberfläche eine metallische Schicht hoher Wärmeleitfähigkeit als Rohrkranz (17) aufgebracht ist.

9. Kontinuierlich arbeitende Presse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Randschichtstärke (X) des Rohrkranzes (17) zwischen 0,1 bis 2 mm beträgt.