DE212021000359U1

DE212021000359U1 - Vorrichtung zum Beheizen einer Prägewalze in einer Präge-Laminiervorrichtung

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Publication number: DE212021000359U1
Application number: DE212021000359.1U
Authority: DE
Original assignee: Korber Tissue SpA
Current assignee: Korber Tissue SpA
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: WO2021205254A1; US20230129474A1; EP4087726A1; CA3179906A1; MX2022012672A; US20230150222A1; CN115243873A; JP2023525654A; WO2021205255A1; JP2023520945A; EP4087725A1; BR112022020397A2; BR112022020369A2; CN218749652U; CA3179903A1; MX2022012673A

Abstract

Prägevorrichtung, die aufweist:
- einen ersten Weg für eine erste Lage von Bahnmaterial,
- entlang des ersten Weges eine erste Druckwalze, die mit einer ersten Prägewalze zusammenwirkt, wobei die erste Prägewalze und die erste Druckwalze einen ersten Prägespalt für die erste Lage des Bahnmaterials definieren und die erste Prägewalze Prägevorsprünge aufweist,
- mindestens eine erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung, die extern mit der ersten Prägewalze verbunden ist, um die Oberfläche der ersten Prägewalze zu erwärmen, wobei die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit einer ersten Generatorvorrichtung verbunden ist, um die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit elektromagnetischen Induktionsströmen zu versorgen, die geeignet sind, einen elektromagnetischen Fluss zu erzeugen, der auf die erste Prägewalze gerichtet ist, und wobei die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Induktionsströme derart ist, dass sie Wirbelströme auf der ersten Prägewalze erzeugen, die überwiegend dem Profil der äußeren Oberfläche der ersten Prägewalze folgen
- eine Maschinenstoppeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Druckwalze von der Prägewalze wegbewegt und gleichzeitig die Prägewalze bei niedriger Drehzahl rotieren lässt, sodass die Papierlage auf der äußeren Fläche der Trägerwalze reibt, ohne zu reißen..

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen von Vorrichtungen zum Beheizen von Prägewalzen, die für die Herstellung von mehrlagigen Zellulosebahnmaterialien geeignet sind.
HINTERGRUNDTECHNIK
In der Tissue-Papierherstellung und -verarbeitung werden zur Herstellung von Produkten wie Toilettenpapierrollen, Küchentüchern, Servietten, Kosmetiktüchern oder ähnlichem eine Vielzahl von Zellulosefaserlagen von einer oder mehreren Mutterrollen abgewickelt und zu einem Halbfertig- oder Fertigprodukt verarbeitet, das aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Lagen besteht.
Die Verleimung der Zellulosefaserlagen zur Herstellung eines mehrlagigen Vlieses erfolgt häufig mit einem Leim oder durch mechanische Lagenverleimung, d.h. durch Aneinanderpressen der Lagen unter hohem Druck. Dazu wird mindestens eine der Zellulosefaserlagen mittels einer Prägewalze und einer Druckwalze, die typischerweise mit einem elastisch nachgebenden Material beschichtet sind, geprägt. Durch das Prägen wird die Zellulosefaserlage dauerhaft verformt, so dass sich geprägte Erhebungen bilden. Während die Zellulosefaserlage noch an der Prägewalze haftet, wird Leim auf die Prägevorsprünge aufgetragen. Anschließend wird eine zweite Lage auf die geprägte Zellulosefaserlage gelegt und die beiden Lagen werden in den Bereichen, die den Leim erhalten haben, gegeneinander gepresst, um ihre gegenseitige Haftung zu bewirken.
Zwei oder mehr Lagen, von denen mindestens eine, einige oder alle geprägt sind, werden dann zu einem mehrlagigen Bahnmaterial verbunden. Das Bahnmaterial kann zu Rollen gewickelt oder geschnitten und gefaltet werden, um Kosmetiktücher, Servietten oder Ähnliches herzustellen.
Neben der Ermöglichung der gegenseitigen Haftung der Zelluloselagen dient die Prägung auch der Verbesserung der Qualität des mehrlagigen Papierprodukts. So ist es beispielsweise möglich, die Dicke jeder einzelnen Lage zu erhöhen, um eine Vergrößerung des Volumens oder des Durchmessers des Endprodukts zu erreichen, wenn die Zellstofflage(n) auf Rollen aufgewickelt sind. In anderen Fällen ist es möglich, die mechanische Festigkeit der Lagen, d. h. die Reißfestigkeit, zu erhöhen oder die Saugfähigkeit oder Weichheit zu steigern.
Aus diesen Gründen wurden viele Verfahren und Maschinen zum Prägen von Zelluloselagen entwickelt, wie in EP1075387 , EP1855876 , US3556907 , EP1239079 , EP1319748 , US6746558 beschrieben.
Um die Eigenschaften der Lagen aus Zellulosematerial weiter zu verbessern, wurde eine verbesserte Prägetechnik entwickelt, bei der beheizte Prägewalzen verwendet werden. Diese Technik wird im Patent ITMI1995A001197 beschrieben, wobei eine Lage aus Zellulosematerial befeuchtet und durch einen Spalt geführt wird, der von einem Paar Stahlprägewalzen gebildet wird, die mit Prägevorsprüngen auf der Oberfläche versehen sind, wobei die Vorsprünge der beiden Walzen unter Druck gemäß einem „Spitze-zu-Spitze“-Muster in Kontakt angeordnet sind und wobei die beiden Stahlwalzen erhitzt werden, um die Lage während des Prägens zu trocknen.
Zum Beheizen der oben genannten Prägewalzen (und allgemein für alle Kalandersysteme mit glatten, beheizten Walzen, z. B. für die Formung von Papierlagen) werden Systeme zur Umwälzung von diathermischem Öl, Dampf oder Wasser verwendet, die sich im Inneren der Prägewalze befinden. Diese Systeme sind sehr kostspielig, energieintensiv und höchst ineffizient sowie gefährlich für die Bediener, die in der Nähe der Heizanlagen und Prägewalzen arbeiten müssen.
Die Erwärmung einer Prägewalze durch Umwälzung einer Flüssigkeit erfordert ebenfalls lange Heizzeiten, da die von der Flüssigkeit intern zugeführte Wärme die gesamte Masse der Walze erwärmen muss, bevor sie die äußere Oberfläche, d. h. die Arbeitsfläche für die Behandlung der Zelluloselagen, erreicht.
Darüber hinaus sind Heizsysteme mit Flüssigkeitsumlauf für das Bedienpersonal gefährlich, da sie im Allgemeinen in den Leitungen, die von den Heizkesseln zur Prägewalze führen, unter Druck stehen. Der Bruch oder das Austreten von heißer Flüssigkeit aus einem der Rohre oder der einfache Kontakt mit diesen Rohren kann zu schweren Verbrennungen beim Bedienpersonal führen. Daher müssen die Heiztechniken, insbesondere für die Prägewalzen, verbessert werden, d. h. es müssen Systeme eingesetzt werden, die energieeffizienter sind, die die Walzen schneller aufheizen und die für die Bediener, die mit den Prägemaschinen mit beheizten Walzen arbeiten müssen, sicherer sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese und weitere Zwecke, die im Folgenden näher erläutert werden, werden mit einer Präge-Laminier-Vorrichtung nach dem beigefügten Anspruch 1 erreicht.
Bevor die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung und des damit hergestellten Produkts erläutert werden, sollen einige Definitionen gegeben werden.
Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Prägen“ auf einen dauerhaften Verformungsprozess eines Teils einer Zellulosestruktur, wie z. B. einer Lage oder einer mehrlagigen Bahn, orthogonal zu der Ebene, auf der sie liegt, durch den die Zellulosestruktur unter Bildung von Vorsprüngen oder Ausstülpungen dauerhaft verformt wird, die aus der normalen Ebene, auf der die Zellulosestruktur liegt, herausragen, z. B. der Ebene, auf der die Lage oder das mehrlagige Bahnmaterial, wenn das Prägen auf einem mehrlagigen Material erfolgt, liegt.
Unter einer Prägevorrichtung versteht man im Allgemeinen eine Vorrichtung, die einen Prägevorgang auf mindestens einer Lage durchführt und gegebenenfalls zwei oder mehr Lagen durch Laminierung miteinander verbindet, beispielsweise mit Hilfe eines Klebstoffs, der auf mindestens eine dieser Lagen aufgetragen wird, vorzugsweise auf die Oberseiten mindestens einiger der auf einer oder mehreren Lagen ausgebildeten Prägevorsprünge.
Unter „Außenfläche“ des Prägezylinders ist der gesamte Bereich zu verstehen, der die Stirnflächen der Prägevorsprünge, die Seiten der Prägevorsprünge und die Oberfläche der Ebene umfasst, auf der die Walze liegt, von der die Prägevorsprünge nach außen ragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Prägevorrichtung mit beheizten Walzen zu erhalten, die die Probleme des Standes der Technik löst, insbesondere eine Vorrichtung mit durch elektromagnetische Induktion beheizten Walzen zur gleichmäßigen Erwärmung der Außenfläche der Walze.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Prägevorrichtung mit einem Heizsystem der Walzen zu erhalten, das effizient ist, schnell die Außentemperatur der Prägewalze erreicht und sie schnell abkühlt, um die Stillstandszeiten der Maschine zu reduzieren und ein System mit kleineren Gesamtabmessungen und wirtschaftlicher im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik zu erhalten. In der Praxis wird durch die Erwärmung der äußeren Oberfläche der Prägewalze, d.h. des Arbeitsteils der Walze, der das Bahnmaterial prägt, eine Energieverschwendung zur Erwärmung der gesamten Walze vermieden. Es wird nur die Energie verbraucht, die erforderlich ist, um den minimalen Arbeitsteil der Walze auf die gewünschte Temperatur zu bringen, und es wird die Energiemenge zugeführt, die erforderlich ist, um die gewünschte Temperatur zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prägevorrichtung zu erhalten, die einen ersten Pfad für eine erste Lage Bahnmaterial umfasst, entlang dessen eine erste Druckwalze, die mit einer ersten Prägewalze zusammenwirkt, einen ersten Prägespalt für die erste Lage Bahnmaterial definiert. Die erste Prägewalze weist Prägevorsprünge auf. Die Prägevorrichtung umfasst auch mindestens eine erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung, die extern mit der ersten Prägewalze verbunden ist, um die äußere Oberfläche der ersten Prägewalze überwiegend zu erwärmen, wobei die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit einer ersten Generatorvorrichtung verbunden ist, um die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit elektromagnetischen Induktionsströmen zu versorgen, die geeignet sind, einen elektromagnetischen Fluss zu erzeugen, der auf die erste Prägewalze gerichtet ist, und wobei die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Induktionsströme derart ist, dass Wirbelströme auf der ersten Prägewalze erzeugt werden, die überwiegend dem Profil der äußeren Oberfläche der ersten Prägewalze folgen.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Prägevorrichtung herzustellen, bei der die Wirbelströme nur oder überwiegend den Vorsprüngen der ersten Prägewalze folgen. Vorzugsweise liegt die Betriebsfrequenz des elektromagnetischen Induktionsstroms im Bereich von 500 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise von 1 kHz bis 100 kHz, noch bevorzugter von 5 kHz bis 100 kHz, noch bevorzugter von 10 kHz bis 60 kHz. Die induktiv beheizte Prägevorrichtung weist Wirbelströme auf, die einen Minimalwert der Leistungsdichte von mindestens 30 % des Maximalwerts der Leistungsdichte aufweisen, wobei der Minimalwert innerhalb einer von der Außenfläche der ersten Prägewalze ausgehend gemessenen Dicke von mindestens 0,6 mm, vorzugsweise von mindestens 0,4 mm, festgestellt wird. Mit anderen Worten, mindestens 70% der Stromdichte sind innerhalb einer Dicke von mindestens 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm, enthalten.
Vorzugsweise kann ein Maschinenstillstand vorgesehen sein, der die folgenden Schritte umfasst: 1) Bewegen der ersten Druckwalze von der ersten Prägewalze weg, 2) Halten der ersten induktiv beheizten Prägewalze bei niedriger Drehzahl, 3) Versorgen der Induktionsvorrichtung mit einer solchen Leistung, dass die Temperatur der Prägewalze in einem Bereich um eine gegebene Prägebetriebstemperatur herum gehalten wird.
Als Maschinenstillstand wird im Allgemeinen ein Zustand bezeichnet, bei dem die Maschine, d. h. die Prägeeinrichtung, aus Sicherheitsgründen angehalten werden muss, z. B. wegen einer Störung, des Bruchs einer Papierlage oder zur Wartung, aber auch ein Zustand, bei dem die Maschine während eines nicht sicherheitsbedingten Stillstands anlaufbereit bleiben muss. Wenn der Bediener aus Sicherheitsgründen in der Nähe der erhitzten Prägewalze arbeiten muss, kann es erforderlich sein, diese Walze zu kühlen. Bei einem produktionsbedingten Maschinenstillstand, bei dem die Maschine schnell wieder anlaufbereit sein muss, muss die Prägewalze warm gehalten werden. Ebenso kann unter einem Maschinenstillstand auch der Zustand verstanden werden, in dem die Maschine einfach ausgeschaltet, d.h. nicht in Betrieb ist. In diesem Fall muss die Prägewalze von Raumtemperatur auf die Betriebstemperatur oder in die Nähe der Betriebstemperatur aufgeheizt werden.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen ein nicht begrenztes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Mehr insbesondere in der Zeichnung:

1 zeigt eine Seitenansicht einer Präge-Laminiervorrichtung mit einer elektromagnetischen Induktionsvorrichtung,
die 1A und 1B zeigen eine Vergrößerung des Details in 1,
2 zeigt eine axonometrische Ansicht einer Prägewalze in Verbindung mit einer elektromagnetischen Induktionsvorrichtung,
3 zeigt eine Schnittdarstellung von 2 in einer Ebene orthogonal zur Achse der Walze,
4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform der Erfindung,
5A zeigt eine erste Simulation der Verteilung der Leistungsdichte, die auf einem Prägevorsprung induziert wird,
5B zeigt eine zweite Simulation der Verteilung der Leistungsdichte, die auf einem Prägevorsprung induziert wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
In der dargestellten Ausführungsform weist die Präge-Laminiervorrichtung 1 eine tragende Struktur auf, die als Ganzes mit 2 bezeichnet wird. Die tragende Struktur kann aus zwei seitlichen Seitenwänden 3 bestehen.
In einigen Ausführungsformen können eine erste Prägewalze 4 und eine zweite Prägewalze 5 zwischen den beiden seitlichen Seitenwänden 3 der tragenden Struktur 2 angeordnet sein. Die erste Prägewalze 4 kann mit Prägevorsprüngen 4P versehen sein, wie in dem vergrößerten Detail von 1A gezeigt, während die zweite Prägewalze 5 mit Prägevorsprüngen 5P versehen sein kann, wie in dem vergrößerten Detail von 1B gezeigt. Die untere Oberfläche der Prägewalze 4, 5 kann als die Oberfläche der Walze definiert werden, die die Basen der Prägevorsprünge 4P, 5P trennt, und ist mit 4F und 5F bezeichnet. Im Allgemeinen ist die Oberfläche 4F, 5F glatt. Bei Prägevorsprüngen mit zwei Höhen wird die untere Fläche des Prägezylinders als diejenige betrachtet, die die Basen der Spitzen mit der geringeren Höhe trennt.
Die erste Prägewalze 4 kann mit einer ersten Druckwalze 6 zusammenwirken. In einigen Ausführungsformen kann die Druckwalze 6 mit einer Außenschicht 6A aus einem nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Material, wie z. B. Gummi, beschichtet sein. Die zweite Prägewalze 5 kann mit einer zweiten Druckwalze 7 zusammenwirken. In einigen Ausführungsformen kann auch die Druckwalze 7 mit einer Außenschicht 7A aus einem nachgiebigen, insbesondere elastisch nachgiebigen, Material beschichtet sein.
Die Bezeichnungen 4X, 5X, 6X und 7X bezeichnen die Drehachsen der beiden Prägewalzen 4, 5 bzw. der beiden Druckwalzen 6, 7. Diese Achsen sind im Wesentlichen parallel zueinander.
Die erste Prägewalze 4 und die erste Druckwalze 6 bilden zwischen sich einen ersten Prägespalt 8, durch den die erste Lage V1 läuft, um von den Vorsprüngen 4P der ersten Prägewalze 4 geprägt zu werden. Wenn die Druckwalze 6 mit einer nachgiebigen Außenbeschichtung 6A versehen ist, werden die Vorsprünge 4P gegen die erste Druckwalze 6 gedrückt und durchdringen die nachgiebige Beschichtung 6A, wodurch die Lage V1 dauerhaft verformt wird.
Die zweite Prägewalze 5 und die zweite Druckwalze 7 bilden einen zweiten Prägespalt 9, durch den die zweite Lage V2 läuft. Die zweite Lage V2 wird durch die Vorsprünge 5P der zweiten Prägewalze 5, die gegen die zweite Prägewalze 7 gedrückt werden, in ähnlicher Weise geprägt wie die erste Lage V1. Ist die zweite Prägewalze mit einer elastisch nachgebenden Beschichtung 7A versehen, durchdringen die Prägevorsprünge 5P die nachgebende Beschichtung und bewirken eine bleibende Verformung der Lage V2.
Die beiden Druckwalzen 6, 7 können von Armen oder anderen Elementen getragen werden, die eine Bewegung zu den jeweiligen Prägewalzen 4, 5 hin oder von ihnen weg ermöglichen, wie im Folgenden erläutert wird. Mit Hilfe von Aktuatoren (nicht dargestellt), z. B. Kolben-Zylinder-Aktuatoren, kann die Druckwalze 6 gegen die erste Prägewalze 4 und die zweite Druckwalze 7 gegen die zweite Prägewalze 5 gedrückt werden.
In einigen Ausführungsformen können die beiden Prägewalzen 5, 6 so konfiguriert werden, dass sie Spitze an Spitze arbeiten, d. h., dass ihre Vorsprünge 4P, 5P in einem zwischen den beiden Prägewalzen 4, 5 gebildeten Spalt 10 gegeneinander gedrückt werden.
In anderen Ausführungsformen kann die Präge-Laminiervorrichtung 1 eine Laminierwalze 11 umfassen, die gegen die Prägewalze 5 gedrückt wird und mit dieser einen Laminierspalt 12 bildet. Auf diese Weise können die beiden Lagen V1 und V2 zwischen der zweiten Prägewalze 5 und der Laminierwalze 11 kaschiert werden. Im Spalt 10 sind die Prägewalzen 4, 5 leicht voneinander beabstandet, so dass sich die beiden Lagen V1, V2 nicht berühren. In diesem Fall kann die Prägevorrichtung ein Prägematerial nach dem Nesting-Verfahren erzeugen, wobei die Prägevorsprünge der Lage V2 zwischen den Prägevorsprüngen der Lage V1 verschachtelt sind und umgekehrt.
In einigen Ausführungsformen kann die Präge-Laminier-Vorrichtung 1 so konfiguriert sein, dass sie alternativ nach der Spitze-zu-Spitze-Technik oder nach der Nested-Technik arbeitet. Dazu können sich z. B. die Prägewalzen parallel und orthogonal zu ihrer Achse bewegen und die Laminierwalze abwechselnd in eine aktive und in eine nicht aktive Position fahren.
Die Präge-Laminiervorrichtung 1 kann eine Abgabevorrichtung 13 für Funktionsfluide umfassen. Die Abgabevorrichtung 13 für Funktionsfluide ist eine Vorrichtung, die ein flüssiges oder gasförmiges Fluid auf die Lage V2 abgeben kann. Beispielsweise kann die Abgabevorrichtung 13 für Funktionsfluide gesättigten oder ungesättigten Dampf abgeben, um die durch Druck erzielte Haftung der Lagen V1 und V2 zu fördern. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in 1 dargestellt sind, kann die Abgabevorrichtung 13 für Funktionsfluide eine Flüssigkeitsquelle 14, eine erste Rasterwalze oder Aniloxwalze 15, die eine Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle 14 aufnimmt, und eine zweite Klischee- oder Auftragswalze 16 umfassen, die das flüssige Fluid von der Aniloxwalze 15 aufnimmt und sie auf Abschnitte der geprägten Lage V2 verteilt, die an der zweiten Prägewalze 5 anhaften. Im Allgemeinen wird das flüssige Fluid zumindest auf einige der Spitzen der Prägevorsprünge 5P, mit denen die Prägewalze 5 versehen ist, auf die von den Prägevorsprüngen 5P geprägten Lagenabschnitte aufgetragen. Bei der Flüssigkeit kann es sich um Wasser oder Klebstoff handeln. Handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser, erfolgt die Verklebung der Lagen vorwiegend durch mechanischen Druck.
In vorteilhaften Ausführungsformen müssen die erste Prägewalze 4 und die zweite Prägewalze 5 aus ferromagnetischem Material, Metall, z. B. Stahl, hergestellt sein. Das Metall kann mit einer Oberflächenhärtung behandelt werden. Die Prägevorsprünge 4P und 5P der Prägewalzen 4 und 5 können auf jede geeignete Art und Weise hergestellt werden, z. B. durch chemisches Ätzen, Laserätzen, spanabhebende Bearbeitung mit einem Werkzeug oder auf andere geeignete Weise. Die Härtebehandlung kann nur an den Prägevorsprüngen 4P und 5P durchgeführt werden.
Im Betriebszustand der Präge-Laminiervorrichtung 1 bewegen sich die erste Lage V1 und die zweite Lage V2 entsprechend den Pfeilen f1 und f2 zu den Prägewalzen, um zwischen den Walzenpaaren 4, 6 und 5, 7 getrennt geprägt zu werden. Die geprägten Lagen werden zwischen der Prägewalze 5 und der Laminierwalze 11 verleimt und kaschiert und bilden so eine mehrlagige Materialbahn N, die sich entsprechend dem Doppelpfeil fN in Richtung einer nachgeschalteten Station, z. B. einer Aufwickelvorrichtung (nicht dargestellt), bewegt. Die Druckwalze 7 wird gegen die Prägewalze 5 gedrückt, während die Druckwalze 6 gegen die Prägewalze 4 und die Laminierwalze 11 gegen die Prägewalze 5 gedrückt wird, um eine Verklebung der Lagen V1, V2 zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen ist die Abgabevorrichtung 13 für Funktionsfluide auf einem Gleitblock oder Schlitten 17 montiert, der sich entsprechend dem Doppelpfeil f17 bewegen kann, beispielsweise entlang von Führungen 18, die von einem Element der festen Struktur 2 getragen werden. Die Bewegung gemäß dem Doppelpfeil f17 kann durch ein geeignetes Stellglied, z. B. ein Kolben-Zylinder-Stellglied, einen Elektromotor oder ein anderes geeignetes Stellglied (nicht dargestellt) gesteuert werden.
In vorteilhaften Ausführungsformen ist eine elektromagnetische Induktionsvorrichtung 19, 20 mit mindestens einer Prägewalze 4, 5 verbunden, um Wirbelströme auf der äußeren Oberfläche der Prägewalze 4, 5 zu induzieren, die durch den Jouleschen Effekt erwärmt wird. In der Praxis zirkulieren die induzierten Wirbelströme lokal auf der Oberfläche der Prägewalze 4, 5 und erzeugen eine Erwärmung proportional zum elektrischen Widerstand der Prägewalze und zum Quadrat des induzierten Wirbelstroms.
Wie in 1 gezeigt, ist die der Prägewalze 4 zugeordnete elektromagnetische Induktionsvorrichtung 19 aus Gründen der Gesamtabmessungen vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem Berührungspunkt mit der Druckwalze 6 und dem Walzenspalt 10 angeordnet. Es liegt auf der Hand, dass die elektromagnetische Induktionsvorrichtung bei anderen Präge-Laminiervorrichtungen, die eine andere Konfiguration aufweisen, anders positioniert werden könnte, beispielsweise zwischen dem Kontaktpunkt mit der Druckwalze 6 und dem Spalt 10. Ebenso kann die der Prägewalze 5 zugeordnete elektromagnetische Induktionsvorrichtung 20 (in 1 durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet) alternativ zwischen dem Berührungspunkt mit der Druckwalze 7 und der Klischeewalze 16 oder zwischen dem Berührungspunkt mit der Druckwalze 7 und dem Kaschierspalt 12 oder zwischen der Klischeewalze 16 und dem Spalt 10 angeordnet sein. Die Wahl einer oder mehrerer dieser Positionen hängt von den verschiedenen Präge- und Laminiergeräten ab, die auf dem Markt erhältlich sind und daher unterschiedliche Konfigurationen und Anordnungen der Walzen aufweisen können.
Jeder elektromagnetischen Induktionsvorrichtung 19, 20 ist ein entsprechender Generator oder Wechselrichter 23, 24 zugeordnet, der in der Lage ist, die geeigneten Ströme zur Induktionsvorrichtung zu leiten, um die gewünschte Erwärmung zu erzielen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Regulierung der gewünschten Temperatur, d. h., In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Regelung der gewünschten Temperatur, d. h. der Betriebstemperatur, auf der Oberfläche der Prägewalzen 4, 5 ein Regelsystem mit geschlossenem Regelkreis hergestellt, das aus mindestens einem Temperatursensor 21, 22 eines beliebigen Typs, wie Thermoelementen, Pyrometern, Wärmebildkameras oder einer anderen geeigneten Vorrichtung, besteht, der einer jeweiligen Walze, Prägevorrichtung 4, 5, zugeordnet und mit der Steuereinheit 25 verbunden ist, die auf der Grundlage eines geeigneten Regelalgorithmus den Wechselrichter 23, 24 steuert, um die gewünschte Temperatur auf der Außenfläche der Prägewalzen 4, 5 zu stabilisieren, wie im Folgenden näher erläutert wird. Bei der Steuereinheit kann es sich um eine SPS, einen Industriecomputer, einen Mikroprozessor, ein Computernetzwerk oder eine andere ähnliche bekannte Vorrichtung handeln.
Bei den Generatoren 23, 24 kann es sich um Wechselrichter handeln, die mit einer bestimmten Betriebsfrequenz arbeiten, die in etwa der Resonanzfrequenz des Stromkreises entspricht, der durch die elektromagnetische Induktionsvorrichtung 19, 20 mit dem Ausgang dieses Wechselrichters gebildet wird.
Die Regelung der Betriebstemperatur der Prägewalze, mit der die Induktionsvorrichtung verbunden ist, kann wie folgt erfolgen. Die Induktionsvorrichtung wird so geregelt, dass sie die maximale Leistung liefert. Diese Leistung wird bis zum Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur (oder knapp darunter, z. B. mindestens 3/4 dieser Temperatur) beibehalten. Dann wird ein PID-Regler (proportional-integrativ-derivativ) aktiviert (der mit der Induktionsvorrichtung und der Einheit 25 verbunden ist), um die Temperatur konstant zu halten, d. h. die vom Papier aufgenommene Wärme zu regulieren und auszugleichen. Durch die Aktivierung des PID-Reglers nach Erreichen der gewünschten Zieltemperatur ist es möglich, schnellere Aufheizzeiten zu erzielen (im Vergleich zu dem Fall, in dem ein PID-Regler zu Beginn der Aufheizung aktiviert wird). In der Praxis regelt der PID-Regler die Leistung des Induktionsgeräts so, dass die vom Sensor erfasste Temperatur abzüglich der „Zieltemperatur“ (Betriebstemperatur) gleich Null oder nahe Null ist. Es versteht sich, dass andere Arten der Temperaturregelung als die vorgenannte Regelungsmethode möglich sind, ohne dass dadurch von den Zielen der Erfindung abgewichen wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die Prägewalze während des Erwärmungsschritts, d.h. um die Prägewalze 4, 5 von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur zu bringen, mit niedriger Drehzahl in Rotation gehalten. In diesem Schritt kann die Prägewalze sowohl dann erwärmt werden, wenn die Papierlage um sie gewickelt ist, als auch dann, wenn sie völlig frei von der Papierlage ist. Im ersten Fall ist die Druckwalze vorzugsweise offen, d. h. sie steht nicht in Kontakt mit der Prägewalze, so dass diese sich reibend auf dem um sie gewickelten Papier drehen kann. In diesem Fall wird das Papier nicht zu den nachgeschalteten Stationen transportiert, um zu vermeiden, dass eine große Menge Papier verschwendet wird.
Wie in 2 und 3 schematisch dargestellt, kann die Induktionsvorrichtung 19, 20 eine einzelne Spule 26 aus leitendem Material wie Kupfer oder einem anderen geeigneten Material umfassen, die ungefähr parallel zur Achse 4X, 5X der Prägewalze 4, 5 angeordnet ist. In anderen Konfigurationen kann die Induktionsvorrichtung 19, 20 aus mehr als einer Spule bestehen.
In einer Ausführungsform kann die Spule 26 aus leitfähigem Material von einem Rahmen 27 getragen werden, der sich bewegt, um die Spule 26 zur Außenfläche der Prägewalze 4, 5 hin oder von ihr weg bewegen zu können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rahmen 27 entsprechend dem Pfeil f29 um einen Drehpunkt 29 schwenkbar. Die Schwenkbewegung des Rahmens 27 zur Prägewalze hin oder von ihr weg kann durch ein Stellglied 28 erreicht werden, das mit dem Ende 27A des Rahmens 27 verbunden ist. Das Stellglied 28 kann ein pneumatischer Kolben sein, der durch ein nicht dargestelltes Magnetventil gesteuert wird, das mit der Steuereinheit 25 verbunden ist. In diesem Fall kann die Induktionsvorrichtung 19 durch Ausfahren oder Einfahren der Kolbenstange von der Außenfläche der Prägewalze 4 bzw. 5 weg bzw. zu ihr hin bewegt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Stellglied 28 ein Elektromotor sein.
Es können auch andere, den oben beschriebenen gleichwertige Ausführungsformen für die Bewegung des Rahmens 27 hergestellt werden. Beispielsweise kann der Rahmen 27 auf einem auf einer Führung gleitenden Gleitblock montiert werden, um den Rahmen 27 durch einen Aktuator, wie z. B. Pneumatikkolben oder Elektromotoren, zur Prägewalze 4, 5 hin und von ihr weg zu bewegen.
Die Lage der Spule 26 ist vorzugsweise radialsymmetrisch zur Prägewalze 4, 5, zumindest wenn sich die Spule 26 in der Betriebsposition befindet, um zu verhindern, dass einer der beiden die Spule 26 bildenden Leiterzweige näher an der Prägewalze 4, 5 liegt als der andere. In einigen Fällen bleiben die beiden Leiterzweige der Spule 26 auch in einer anderen Position als der Betriebsposition radialsymmetrisch.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, wie im Fall von 4, kann der Rahmen 27 in dem Teil, der die Spule 26 trägt, durch einen elektromagnetischen Flusskonzentrator 27A gebildet werden, der dazu geeignet ist, den elektromagnetischen Fluss effizienter auf die Außenfläche der Walze zu lenken. Vorzugsweise ist der elektromagnetische Flusskonzentrator 27A E-förmig und umgibt die Spule 26 vollständig, lässt aber die der Prägewalze 4, 5 zugewandte Seite frei. Auf diese Weise wird die Streuung des elektromagnetischen Flusses verringert und er wird auf die äußere Oberfläche der Prägewalze 4, 5 konzentriert, wodurch bei gleicher Erwärmung kleinere Versorgungsströme der Induktionsvorrichtung erzielt werden. Der elektromagnetische Flusskonzentrator 27A kann aus Ferrit oder aus einem Paket nichtleitender ferromagnetischer Bleche bestehen und zwingt aufgrund seiner hohen magnetischen Permeabilität die elektromagnetischen Feldlinien zur freien, der Prägewalze 4, 5 zugewandten Seite der Spule zu richten. Der elektromagnetische Flusskonzentrator kann auch andere Formen haben, z. B. rechteckig oder C-förmig, oder andere Formen. 4 zeigt nur einen Ausschnitt der Spule 26 und des elektromagnetischen Flusskonzentrators 27A, der sich in der bevorzugten Ausführungsform über die gesamte Länge um die Spule windet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Präge-Laminier-Vorrichtung 1 mit einem oder mehreren, in der Abbildung nicht dargestellten Sensoren ausgestattet sein, um einen Papierbruch und eine eventuelle Stauung der Lagen V1, V2 auf den Prägewalzen 4, 5 zu erkennen. Zu diesem Zweck können Videokameras, Hochgeschwindigkeits-Videokameras, Sichtvideokameras, Fotozellen, Arrays von Fotozellen oder Lasersensoren verwendet werden. In dem Fall, dass die Druckwalzen 6, 7 neben den jeweiligen Prägewalzen 4, 5 liegen, kann mit Luftkolben ein Stausignal der Lagen V1 oder V2 erzeugt werden, indem eine Druckspitze an den Kolben detektiert wird. Mit anderen Worten: Die Ansammlung der Lagen V1 oder V2 um die Prägewalze 4, 5 erhöht den Druck, der von der Druckwalze 6, 7 und den Prägewalzen 4, 5 ausgeübt wird. Wenn die Sensoren zur Erkennung des Papierbruchs ein Stausignal an die Steuereinheit 25 senden, mit der sie verbunden sind, steuert diese sofort eine Bewegung des Rahmens 27 von der Prägewalze 4, 5 weg, um eine Beschädigung sowohl der Prägewalzen als auch der Induktionsvorrichtung zu verhindern, und versetzt die Maschine in den Notbetrieb.
In besonders vorteilhaften Ausführungsformen kann für jede Prägewalze mehr als eine Induktionseinrichtung verwendet werden, um eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur zu erreichen. In diesem Fall können die Induktionsvorrichtungen von ein und demselben Wechselrichter oder von je einem Wechselrichter versorgt werden, der von der zentralen Steuereinheit 25 in Abhängigkeit von der durch den oder die Temperatursensoren erfassten Temperatur der Außenfläche der Prägewalze 4, 5 gesteuert wird.
Die Induktionsvorrichtung 19 kann mit bekannten Vorrichtungen gekühlt werden. So kann beispielsweise ein Kühlmittel in die Induktionsvorrichtung 19 geleitet werden, die in diesem Fall aus einem Kupferrohr oder einem anderen leitfähigen Material bestehen kann.
Im Arbeitsschritt wird die Spule 26 aus leitfähigem Material mit dem Wechselstrom I1, I2 beaufschlagt und in einem Arbeitsbereich in einem Abstand d von der Außenfläche der Prägewalze 4, 5 angeordnet. Dadurch wird ein zeitlich variables Magnetfeld B erzeugt, das den äußersten Teil der Prägewalze 4, 5 durchdringt und Wirbelströme I_p induziert, die, wie bereits erläutert, die Prägewalze 4, 5 durch den Joule-Effekt erwärmen. Der Abstand d kann variabel sein, um den Spalt zu regulieren und den Magnetfluss zu optimieren, und kann zwischen 1 mm und 8 mm betragen.
In einigen Fällen kann mehr als ein Temperatursensor in Verbindung mit einer einzigen Prägewalze verwendet werden, und noch allgemeiner können für jede Prägewalze mehr als ein Temperatursensor unterschiedlicher Art verwendet werden, z. B. ein oder mehrere Thermoelemente, Pyrometer und/oder Wärmebildkameras. Im Allgemeinen sind die Sensoren außerhalb der Prägewalze 4, 5 angeordnet, in einigen Fällen können diese Sensoren jedoch auch im Inneren des Zylinders angebracht sein. So können z. B. mehrere Thermoelemente im Inneren der Prägewalze 4, 5 in unterschiedlichen Tiefen angebracht werden, um die Temperatur der Walze in radialer Richtung, d. h. im Inneren der Walze, zu überwachen.
Die Verwendung einer Wärmebildkamera kann gegenüber anderen Sensoren bevorzugt werden, da sie einen vollständigeren Überblick über die Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Prägewalzen 4, 5 liefern kann. Beispielsweise können die Prägevorsprünge eine höhere Temperatur aufweisen als die Unterseite der Prägewalzen oder umgekehrt, so dass die Frequenzen der elektromagnetischen Induktionsströme I1, I2, die von den Wechselrichtern 23, 24 an die Induktionsvorrichtungen 19, 20 geliefert werden, geändert und im Allgemeinen entsprechend gesteuert werden müssen. Die auf der Außenfläche der Prägewalzen 4, 5 induzierten Wirbelströme, die durch das zeitlich variable Magnetfeld erzeugt werden, haben eine Eindringtiefe in die Walze, die von der Magnetisierungsfrequenz der Induktionsvorrichtungen 19, 20 abhängt.
Bekanntlich werden die induzierten Wirbelströme nach der folgenden Formel berechnet: $I_{p} (x) = I_{0} \cdot e^{- δ / x}$
wobei:

I_p (x) ist das Dichtemodul des induzierten Wirbelstroms, abhängig von der Eindringtiefe
I₀ ist der Stromdichtemodul für x = 0
$δ = \frac{1}{\sqrt{π μ_{0} σ ƒ}}$
ist die Eindringtiefe

f: ist die Frequenz der Magnetisierungsströme
µ0: ist die relative Permeabilität des Materials
σ: ist der spezifische Widerstand des Materials

In vorteilhaften Ausführungsformen kann das Temperaturprofil der Außenfläche der Prägewalze 4, 5 erfasst werden, wobei etwaige Temperaturunterschiede zwischen den Prägevorsprüngen 4P, 5P und der Bodenfläche 4F, 5F sowie etwaige Temperaturanomalien zwischen der Außenfläche der Walze und dem innersten Teil der Prägewalze 4, 5 hervorgehoben werden. In diesem Fall kann die zentrale Steuereinheit 25 die Wechselrichter 23, 24 ansteuern, um die Frequenz und/oder die Intensität der elektromagnetischen Induktionsströme I1, I2 zu verändern und ein optimales Temperaturprofil zu erhalten, d.h. ein Temperaturprofil, bei dem nur die Außenfläche der Prägewalze die gewünschte Temperatur aufweist. Vorteilhafterweise kann die Betriebsfrequenz im Bereich von 500 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise von 1kHz bis 100 kHz, noch bevorzugter von 5kHz bis 100kHz, noch bevorzugter von 10kHz bis 60KHz liegen, d.h. Frequenzen, bei denen die induzierten Wirbelströme I_s weitgehend auf die Prägevorsprünge 4P, 5P beschränkt sind.
Wie in 5A gezeigt, kann durch die Versorgung der Induktionsvorrichtung 19 mit elektromagnetischen Induktionsströmen I1, I2 bei einer Betriebsfrequenz von etwa 1000 Hz eine Verteilung der Leistungsdichte erzielt werden, die überwiegend der Außenfläche SE eines der Prägevorsprünge 4P, 5P folgt. Mit anderen Worten, eine Dicke S der Prägewalze 4, 5, gemessen von der Außenfläche SE, enthält einen Minimalwert der Leistungsdichte, der mindestens drei Viertel des Maximalwertes der Leistungsdichte beträgt. Die Dicke S kann von einem Zehntel Millimeter bis zu fünf Zehntel Millimeter variieren. Im Fall von 5A beträgt die Dicke 0,4 mm und enthält eine minimale Leistungsdichte, die etwa drei Fünftel des Maximalwerts der Leistungsdichte entspricht.
5B zeigt ein Beispiel, bei dem die Induktionsvorrichtung 19 mit elektromagnetischen Induktionsströmen I1, I2 bei einer Betriebsfrequenz von etwa 10000 Hz gespeist wird. In diesem Fall folgen die Wirbelströme und folglich die Verteilung der Leistungsdichte hauptsächlich der äußeren Oberfläche SE und folglich ihrem Profil. In diesem Fall beträgt die minimale Leistungsdichte innerhalb einer Dicke S von etwa 0,1 mm ein Drittel des Maximalwerts der Leistungsdichte.
Mit anderen Worten, bei Frequenzen von z. B. über 500 Hz, vorzugsweise über 5 kHz, werden mindestens 50 % oder mehr der Stromdichte auf eine Dicke von 0,5 mm begrenzt. Durch Erhöhung der Frequenz ist es möglich, 60 % oder sogar 70 % oder mehr in Dicken von 0,4 mm oder weniger zu begrenzen.
Bei den beiden dargestellten Beispielen handelt es sich um Beispiele, die zeigen, dass die induzierten Wirbelströme I_s vorzugsweise in der Nähe der Außenfläche SE der Prägewalzen 4, 5 zirkulieren müssen. Mit anderen Worten, sie müssen im Wesentlichen auf eine begrenzte Dicke S des äußersten Teils der Prägewalzen 4, 5 beschränkt sein. Vorteilhafterweise ist die Verteilung der Leistungsdichte so, dass die induzierten Wirbelströme I_s überwiegend auf den Prägevorsprüngen 4P, 5P sowie auf der Bodenfläche, d.h. der Außenfläche der Walze, die jeden Prägevorsprung 4P, 5P trennt, berücksichtigt werden können.
In anderen Ausführungsformen, die auch vom Prägemuster, d.h. von der Größe, Form und Verteilung der Prägevorsprünge 4P, 5P abhängen können, kann die Präge-Laminiervorrichtung 1 so geregelt werden, dass die Prägevorsprünge 4P, 5P auf einer höheren Temperatur als die Unterseite 4F, 5F gehalten werden. Vorteilhafterweise steuert die Steuereinheit 25 die Inverter 23, 24 so, dass nur eine sehr geringe Oberflächendicke S auf der gewünschten Temperatur gehalten wird, um den Energiebedarf für die Heizung zu reduzieren und eine schnelle Abkühlung der Außenfläche der Prägewalze 4, 5 zu erreichen.
Die Prägevorrichtung kann ein Kühlsystem 30 (z. B. in 1 dargestellt) für die Prägewalze 4, 5 umfassen, mit der die Induktionsvorrichtung 19, 20 verbunden ist. Dieses Kühlsystem 30 ist so konfiguriert, dass es die erhitzte Prägewalze bei Maschinenstillstand kühlt, wenn der Bediener in der Nähe der heißen Prägewalze arbeiten muss. Der Zugang zur Maschine ist nur unter sicheren Bedingungen erlaubt: alle Walzen müssen angehalten sein, eventuelle Bremsen müssen aktiviert sein und im Falle der heißen Walze darf diese eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten.
Das Kühlsystem 30 kann eine Vorrichtung zur Abgabe von Kühlluft in Richtung der zu kühlenden Prägewalze umfassen, die beispielsweise aus einer Kühleinrichtung vom Typ Luftschaufel (d.h. ein Verteiler mit einer Düse mit länglichem Schlitz, der einen Luftstrom mit einer länglichen, d.h. linearen Emissionsfront abgibt, die vorzugsweise mindestens der axialen Länge der zu kühlenden Prägewalze entspricht) oder aus einer Kühleinrichtung vom Typ Wirbelrohr besteht, die auch unter dem Namen „Ranque-Hilsch-Wirbelrohr“ bekannt ist.
Wenn die Prägevorrichtung aus produktionstechnischen Gründen angehalten werden muss, also nicht wegen Störungen, Fehlfunktionen, Wartungsarbeiten oder ähnlichem, die den Einsatz eines Bedieners in der Nähe der Prägewalzen erfordern, muss eine Verringerung der Erwärmung der Prägewalze verhindert werden, weshalb die Induktionsvorrichtung in Betrieb bleibt, um die Walze (oder die Walzen) zu erwärmen. Würde sie vollständig abgeschaltet, würde nur der der Induktionsvorrichtung zugewandte Teil der Walze erwärmt werden, was zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung und einer unzulässigen lokalen Überhitzung führen würde. Dieser Fehler der ungleichmäßigen Erwärmung würde zu Unwuchten und Vibrationen der Walzen führen, sobald die Prägevorrichtung wieder in Betrieb ist, was eine schlechte Qualität der Prägung auf dem Papier zur Folge hätte und das Risiko von Fehlfunktionen oder niedrigeren Produktionsraten mit sich brächte, da die Anlage mit einer niedrigeren Geschwindigkeit betrieben werden müsste, bis die Walze wieder gleichmäßig erwärmt ist. Daher muss bei Stillständen, bei denen die Prägevorrichtung in Kürze wieder anlaufen soll, die Prägewalze (oder beide Prägewalzen) gleichmäßig auf der gewünschten Temperatur gehalten werden. Dazu muss erstens die Leistung der Speiseströme der Induktionsvorrichtung (oder der Induktionsvorrichtungen) verringert werden, da bei gestoppter Leitung keine Wärmemenge mehr durch Absorption durch das Papier abgeführt wird. Zweitens muss sich die Prägewalze (bzw. die Prägewalzen) weiter drehen, damit die Induktionseinrichtung die Walze weiterhin gleichmäßig erwärmt halten kann. Um die Prägewalze in Rotation zu halten, ohne dass das Papier reißt, muss die jeweilige Druckwalze um ein geeignetes Maß weggefahren und gegebenenfalls der Zug des Papiers um die Druck- und Prägewalze etwas gelockert werden. Auf diese Weise kann sich die Prägewalze mit einer sehr geringen Geschwindigkeit drehen, während sich das Papier weiter um sie wickelt. Die Reibung zwischen Papier und Walzen ist sehr gering und führt nicht zu Problemen oder zum Bruch der Lagen. In der Praxis können die Papierlagen mit diesem Verfahren dazu gebracht werden, an der Außenfläche der Prägewalzen zu reiben, ohne zu reißen. Im Falle von mehr als einer Prägewalze und einer Druckwalze, wie in dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel, wird diese Logik natürlich auf alle Walzen angewendet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei angehaltener Prägevorrichtung: 1) die Druckwalzen (sowohl Press- als auch optional Laminierwalzen) von den Prägewalzen wegbewegt werden, um das Papier von den Prägewalzen zu lösen und die Spannung/Zugkraft des Papiers zu verringern, 2) die durch Induktion erwärmte Prägewalze mit niedriger Geschwindigkeit in Rotation gehalten wird, 3) die Induktionsvorrichtung mit einer solchen Leistung versorgt wird, dass die Temperatur annähernd konstant und gleich der Betriebstemperatur oder etwas niedriger, beispielsweise 3/4 der Betriebstemperatur, oder auf jeden Fall innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs um die Betriebstemperatur herum gehalten wird, d. h., die Temperatur des Prägeprozesses (einstellbar je nach Art des Prägeprozesses). Bei H als Wert der Betriebstemperatur liegt dieser Bereich beispielsweise zwischen Temperaturwerten, die H+1/4xH und H-1/4xH entsprechen.
Unter einer niedrigen Drehzahl der Prägewalze kann eine Drehzahl verstanden werden, die niedriger ist als ein Zehntel der Betriebsdrehzahl der Walze während des Prägeschrittes, und vorzugsweise niedriger als ein Zwanzigstel der Betriebsdrehzahl, und noch bevorzugter bei einer Tangentialgeschwindigkeit der Prägewalze im Bereich von 1 m/min bis 10 m/min.
Wenn die erhitzten Prägewalzen gekühlt werden müssen, werden 1) die Druckwalzen (sowohl die Presswalzen als auch die optionalen Laminierwalzen) von den Prägewalzen wegbewegt, um das Papier von den Prägewalzen zu lösen und die Spannung/Zugkraft des Papiers zu verringern, 2) die Prägewalze wird mit niedriger Geschwindigkeit weitergedreht, 3) die Induktionsvorrichtung wird ausgeschaltet. Auf diese Weise ermöglicht die langsame Drehung der Prägewalze, dass ihre gesamte Außenfläche allmählich und wiederholt mit dem Kühlsystem 30 in Kontakt kommt, um die Kühlzeiten zu verkürzen und eine gleichmäßige Kühlung auf der gesamten Oberfläche der Walze zu erreichen.
Daher umfasst die Prägevorrichtung Mittel zum Anhalten der Maschine, die es ermöglichen, die Prägewalze und die Druckwalze und/oder die Laminierwalze voneinander weg zu bewegen und die es der Prägewalze ermöglichen, sich mit niedriger Geschwindigkeit zu drehen. Diese Mittel sind bekannter Art und werden nicht im Detail beschrieben und können beispielsweise Mechanismen oder Vorrichtungen zur Relativbewegung der Achsen der Prägewalze und der Druckwalze und/oder der Kaschiervorrichtung umfassen, so dass kein oder nur ein begrenzter Druck zwischen den Walzen besteht. Diesen Mitteln kann eine Kühlvorrichtung der Prägewalze und ein Programm zum Betreiben der Induktionsvorrichtung gegenüber der mit niedriger Drehzahl rotierenden Prägewalze zugeordnet sein.
Ähnlich verhält es sich, wenn die Prägewalze oder -walzen von Raumtemperatur auf eine Betriebstemperatur erwärmt werden müssen: 1) die Prägewalze wird mit niedriger Geschwindigkeit gedreht, 2) die Induktionsvorrichtung wird mit Strom versorgt. In diesem Schritt kann die Papierlage um die Prägewalze gewickelt werden oder nicht. Wenn das Papier um die Prägewalze gewickelt ist, wird die Druckwalze vorzugsweise offen gehalten, d. h. sie steht nicht in Kontakt mit der zu erwärmenden Prägewalze.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf eine Art von Präge-Laminiervorrichtung, die als nicht begrenzendes Beispiel für die Erfindung genommen wurde. Tatsächlich weiß der Fachmann, dass es viele verschiedene Arten von Präge-Laminiervorrichtungen gibt, die sich in der Anzahl der Prägewalzen, in ihrer Anordnung und natürlich in der Art der Behandlung, die sie auf den Papierlagen durchführen, unterscheiden können, ohne von den Prinzipien, Konzepten und Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Erfindung auch auf eine Prägevorrichtung angewendet werden, die nur eine Prägewalze umfasst und daher keine Lagenverbindungsvorrichtung benötigt.
Die oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wurden im Detail als Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert. Der Fachmann wird verstehen, dass viele Änderungen, Varianten, Ergänzungen und Auslassungen möglich sind, ohne von den Prinzipien, Konzepten und Lehren der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, abzuweichen. Daher ist der Umfang der Erfindung ausschließlich auf der Grundlage der weitesten Auslegung der beigefügten Ansprüche zu bestimmen, die diese Änderungen, Varianten, Zusätze und Auslassungen darin umfassen. Der Begriff „umfassen“ und seine Ableitungen schließen das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte neben den in einem bestimmten Anspruch ausdrücklich angegebenen nicht aus. Der Begriff „ein“ oder „eines“, der einem Element, Mittel oder Merkmal eines Anspruchs vorangestellt ist, schließt das Vorhandensein mehrerer dieser Elemente, Mittel oder Merkmale nicht aus. Wenn in einem Anspruch mehrere „Mittel“ aufgeführt sind, können einige oder alle dieser „Mittel“ durch eine einzige Komponente, ein einziges Bauteil oder eine einzige Struktur realisiert werden. Die Nennung bestimmter Elemente, Merkmale oder Mittel in verschiedenen abhängigen Ansprüchen schließt nicht aus, dass diese Elemente, Merkmale oder Mittel miteinander kombiniert werden können. Alle Bezugszeichen in den beigefügten Ansprüchen dienen dazu, das Lesen der Ansprüche unter Bezugnahme auf die Beschreibung und die Zeichnung zu erleichtern, und schränken den durch die Ansprüche dargestellten Schutzumfang nicht ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1075387 A [0006]
EP 1855876 A [0006]
US 3556907 A [0006]
EP 1239079 A [0006]
EP 1319748 A [0006]
US 6746558 B [0006]

Claims

Prägevorrichtung, die aufweist: - einen ersten Weg für eine erste Lage von Bahnmaterial, - entlang des ersten Weges eine erste Druckwalze, die mit einer ersten Prägewalze zusammenwirkt, wobei die erste Prägewalze und die erste Druckwalze einen ersten Prägespalt für die erste Lage des Bahnmaterials definieren und die erste Prägewalze Prägevorsprünge aufweist, - mindestens eine erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung, die extern mit der ersten Prägewalze verbunden ist, um die Oberfläche der ersten Prägewalze zu erwärmen, wobei die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit einer ersten Generatorvorrichtung verbunden ist, um die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit elektromagnetischen Induktionsströmen zu versorgen, die geeignet sind, einen elektromagnetischen Fluss zu erzeugen, der auf die erste Prägewalze gerichtet ist, und wobei die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Induktionsströme derart ist, dass sie Wirbelströme auf der ersten Prägewalze erzeugen, die überwiegend dem Profil der äußeren Oberfläche der ersten Prägewalze folgen - eine Maschinenstoppeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Druckwalze von der Prägewalze wegbewegt und gleichzeitig die Prägewalze bei niedriger Drehzahl rotieren lässt, sodass die Papierlage auf der äußeren Fläche der Trägerwalze reibt, ohne zu reißen..
Prägevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsfrequenz des elektromagnetischen Induktionsstroms im Bereich von 500 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise von 1 kHz bis 100 kHz, noch bevorzugter von 5 kHz bis 100 kHz, noch bevorzugter von 10 kHz bis 60 kHz liegt.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Induktionsvorrichtung einen Konzentrator für elektromagnetischen Fluss umfasst.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - mindestens einen ersten Temperatursensor, der geeignet ist, die Temperatur der ersten Prägewalze zu erfassen, mit der die mindestens eine erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung verbunden ist, - eine zentrale Steuereinheit, die mit dem ersten Temperatursensor in Verbindung steht.
Prägevorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Generator von der zentralen Steuereinheit in Abhängigkeit von der von dem ersten Temperatursensor erfassten Temperatur gesteuert wird, wobei die Betriebsfrequenz und/oder die Intensität der elektromagnetischen Induktionsströme variiert wird.
Prägevorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen zweiten Weg für eine zweite Lage von Bahnmaterial, entlang des zweiten Weges eine zweite Druckwalze, die mit einer zweiten Prägewalze zusammenwirkt, wobei die zweite Prägewalze und die zweite Druckwalze einen zweiten Prägespalt für die zweite Lage von Bahnmaterial definieren.
Prägevorrichtung nach Anspruch 6, die mindestens eine Kupplungsvorrichtung für die erste und zweite Lage umfasst, die mit der ersten oder zweiten Prägewalze zusammenwirkt, wobei die Kupplungsvorrichtung und die erste oder zweite Prägewalze einen Laminierungsspalt definieren und die Kupplungsvorrichtung eine Walze oder eine Reihe von koaxialen Walzen ist.
Prägevorrichtung nach Anspruch 6, wobei der ersten und/oder der zweiten Prägewalze eine erste bzw. eine zweite elektromagnetische Induktionsvorrichtung zugeordnet ist.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ersten und der zweiten Prägewalze ein erster und ein zweiter Temperatursensor zugeordnet sind, die geeignet sind, die Temperatur der ersten und der zweiten Prägewalze zu erfassen, denen die erste und die zweite elektromagnetische Induktionsvorrichtung zugeordnet sind.
Prägevorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Temperatursensor in Verbindung mit der zentralen Steuereinheit stehen.
Prägevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die von dem ersten und/oder zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur die Temperatur der Außenfläche der ersten und/oder zweiten Prägewalze ist.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Abgabevorrichtung für funktionelle Fluide umfasst, die mit der ersten Prägewalze zusammenwirkt, um Fluid auf mindestens einige Vorsprünge der ersten Prägewalze, über die sich die erste Lage bewegt, abzugeben.
Prägevorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Fluid alternativ Leim, Wasser, Dampf oder eine Kombination davon ist.
Prägevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung zwischen dem ersten Prägespalt und dem Laminierspalt angeordnet ist.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung zwischen dem ersten Prägespalt und dem funktionalen Fluidspender angeordnet ist.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Induktionsvorrichtung zwischen der Abgabevorrichtung für funktionelle Fluide und dem Laminierspalt angeordnet ist.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektromagnetische Induktionsvorrichtung mit einer Bewegungsvorrichtung verbunden ist, die von einem Arbeitsbereich nahe und neben der ersten Prägewalze zu einem Nicht-Arbeitsbereich in einem Abstand von der ersten Prägewalze bewegt werden kann.
Prägevorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Arbeitsbereich einem Abstand von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 6 mm, entspricht.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Induktionsvorrichtung in Längsrichtung neben der ersten Prägewalze angeordnet ist und eine Länge aufweist, die der axialen Länge der ersten und/oder zweiten Prägewalze entspricht.
Prägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Sensor zur Erkennung des Reißens der ersten oder zweiten Lage des Bahnmaterials, der mit der zentralen Steuereinheit in Verbindung steht.
Prägevorrichtung nach Anspruch 20, wobei die zentrale Steuereinheit das Öffnen der elektromagnetischen Induktionsvorrichtung vom Arbeitsbereich zum Nichtarbeitsbereich in dem Fall steuert, in dem der Sensor einen Bruch der ersten oder zweiten Lage des Bahnmaterials feststellt.
Prägevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem System zur Kühlung der mindestens einen Prägewalze, dem das mindestens eine Heizsystem zugeordnet ist, das so betrieben werden kann, dass es die mindestens eine Prägewalze bei Maschinenstillstand kühlt.
Prägevorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Kühlsystem mindestens eine Vorrichtung zur Abgabe von Kühlluft in Richtung der mindestens einen zu kühlenden Prägewalze umfasst.
Prägevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschinenstoppeinrichtung, so konfiguriert ist, dass sie auch die Kupplungsvorrichtung von der Prägewalze wegbewegt und gleichzeitig die Prägewalze bei niedriger Drehzahl rotieren lässt.
Prägevorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Maschinenstoppeinrichtung - in dem Fall, in dem die Prägewalze erwärmt bleiben muss, die der Prägewalze zugewandte Induktionsvorrichtung während der Rotation der Prägewalze mit niedriger Geschwindigkeit mit einer solchen Induktionsleistung in Betrieb zu halten, dass die Temperatur der Prägewalze in einem Bereich um eine gegebene Prägebetriebstemperatur herum gehalten wird, - in dem Fall, in dem die Prägewalze gekühlt werden muss, diese mittels eines Kühlsystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 22-23 zu kühlen, das geeignet ist, zumindest während der Rotation der Prägewalze mit niedriger Geschwindigkeit zu wirken.
Prägevorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Maschinenstoppeinrichtung in dem Fall, in dem ein anfänglicher Erwärmungsschritt einer der Prägewalzen von einem Temperaturzustand unterhalb der Betriebstemperatur auf einen Betriebstemperaturzustand erforderlich ist: - die Prägewalze bei niedriger Drehzahl rotieren lässt, wenn die Druckwalze und/oder die Kupplungsvorrichtung von der Prägewalze entfernt sind, - Betreiben der der Prägewalze zugewandten Induktionsvorrichtung während der Rotation der Prägewalze mit niedriger Geschwindigkeit, um die Prägewalze von einem Temperaturzustand unterhalb der Betriebstemperatur auf einen Betriebstemperaturzustand zu erwärmen.
Prägevorrichtung nach Anspruch 26, wobei auch die Kupplungsvorrichtung von der Prägewalze entfernt wird, während die Prägewalze bei geringer Geschwindigkeit in Drehung gehalten wird.