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Die Erfindung betrifft eine Plattenpresse zur Herstellung von ober- und/oder
unterseitig mit Vergütungsfolien oder Furnieren beschichteten plattenförmigen
Produkten, insbesondere Span-, Sperrholz- oder Faserplatten, mittels
zusammenfahrbarer beheizbarer und kühlbarer Pressplatten, die innere Kanäle zur
Durchleitung einer Heiz- oder Kühlflüssigkeit aufweisen.
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Bei derartigen Produkten werden zur Verbindung der einzelnen Lagen thermisch
reagierende Kleber verwendet. Deshalb benötigt man beheizbare Pressplatten,
die die erforderliche Prozesswärme in möglichst kurzer Zeit und mit ausreichend
gleichmäßiger flächiger Temperatur- und Druckverteilung auf das Produkt
übertragen.
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Speziell für die Herstellung von melaminbeschichteten Platten werden hohe
Anforderungen an die Prozesstemperatur-Führung gestellt, denn die Qualität der
Klebeverbindung und damit des Endproduktes wird wesentlich von den
Schwankungen der Prozesstemperatur während des Pressvorganges bestimmt.
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Wesentlich ist außerdem eine möglichst gleichmäßige Anpressung der
Pressplatten auf die Produktfläche. Daher sind die Pressplatten an ihrer dem Produkt
zugewandten Seite meist noch mit einem Presspolster bestückt und auf diesem
Presspolster liegt dann das mit dem Produkt in Anlage kommende Pressblech.
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Die Pressplatten sind im allgemeinen sehr großformatig, nämlich einige Meter
lang und breit. Daher sind mehrere nebeneinander angeordnete Pressstempel
notwendig, um den erforderlichen Anpressdruck zwischen Pressplatte und
Produkt zu erzeugen. Aus dem gleichen Grund müssen die Pressplatten sehr
massiv ausgeführt sein, beispielsweise mit einer Dicke von 12 cm bis 20 cm, damit
sie sich während des Pressvorganges nicht verformen sondern über möglichst
die gesamte Oberfläche der Pressplatte die gleiche Anpressung auf das Produkt
erzeugen.
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Eine Plattenpresse mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1
ist durch die EP 864 414 bekannt geworden. Dabei besteht jede Pressplatte aus
einer relativ dünnen, flexiblen Frontplatte, die von Heizkanälen durchquert ist
und aus einer hinteren, dickwandigen massiven Platte, die von Kühlkanälen
durchquert ist. Zwischen den beiden genannten Platten befinden sich plastische
und thermisch isolierende Zwischenschichten. Durch die Flexibilität der
dünneren vorderen Platte und das Kompensationsvermögen der elastischen
Zwischenschicht soll eine gleichmäßige Druckverteilung über der Produktoberfläche
erreicht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Druckverteilung
entlang der Produktoberfläche, aber außerdem auch die Temperaturkonstanz in
den produktnahen Bereichen der Pressplatten zu verbessern. Diese
Verbesserung soll insbesondere auch im nichtstationären Betrieb, das heißt bei
Produktionsunterbrechungen, Störungen und beim Wiederanfahren der Plattenpresse
zum tragen kommen.
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Die Erfindung geht dabei von folgender Erkenntnis aus: Je nach
Wärmedurchgangskoeffizient zwischen Pressplatte und Produkt, wobei auch Presspolster
und Pressbleche zu berücksichtigen sind, muss für die auf das Produkt zu
übertragende Wärmemenge ein Temperaturgefälle zwischen Heizflüssigkeit und
Produktoberfläche in der Größenordnung von 50° zur Verfügung gestellt
werden, wobei etwa die Hälfte dieses Temperaturgefälles im Bereich der
Pressplatte liegt.
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Kommt es nun beim Betrieb der Plattenpresse zu Taktunterbrechungen, etwa
durch Störungen, durch Pausen oder Produktionsstop, so kann das Produkt die
Prozesswärme aus den Heizkanälen nicht mehr abziehen. Dies führt zu einer
unerwünschten Aufheizung der Pressplatte an ihrer dem Produkt zugewandten
Seite. Diese Aufheizung lässt sich auch dadurch nicht vermeiden, dass bei
Taktunterbrechung sofort die Zufuhr von äußerer Heizenergie gestoppt wird.
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Wird die Anlage wieder angefahren, bevor die beschriebene Aufheizung
abgeklungen ist, werden die ersten Prozesstakte mit zu hoher Temperatur gefahren
und die Produkte sind mangelhaft.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die
Kanäle für die Heiz- und Kühlflüssigkeit in ein- und derselben Pressplatte
angeordnet sind, dass diese Kanäle über Mischventile wahlweise sowohl an einen
Heizkreislauf als auch an einen Kühlkreislauf anschließbar sind und dass der
Kühlkreislauf ein eigenes Kühlaggregat aufweist. Dabei soll der Begriff "ein- und
dieselbe Pressplatte" bedeuten, dass die Kanäle nicht wie im bekannten Fall
durch eine zwischengeschaltete Isolierung thermisch voneinander getrennt sind,
wobei die Pressplatte aber durchaus mehrlagig aufgebaut sein kann.
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Durch die erfindungsgemäßen Merkmale werden mehrere Effekte erzielt: Zum
einen kann der im Störbetrieb auftretenden unerwünschten Aufheizung aktiv
entgegengewirkt werden, indem die Kanäle sofort mit Kühlflüssigkeit
beaufschlagt werden. Dazu werden die genannten Mischventile durch einen Regler
entsprechend umgeschaltet.
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Zum anderen gestattet dieses System dann, wenn getrennte Kanäle für die
Heiz- und die Kühlflüssigkeit in der Pressplatte zur Verfügung stehen, eine
wesentlich genauere Temperaturführung an der produktfernen Seite der
Pressplatte: Die Temperatur kann dort auf einen Mittelwert eingestellt werden, der
etwa dem Temperaturverlauf der Pressplatte an der Produktseite entspricht.
Dies hat zur Folge, dass über die Taktzeit gesehen die Pressplatte an ihrer dem
Produkt zugewandten Seite die gleiche Temperatur hat wie an ihrer dem
Produkt abgewandten Seite. Verwölbungen der Pressplatte aufgrund
Temperaturdifferenzen zwischen Oberseite und Unterseite sind dadurch ausgeschlossen.
Daraus resultiert eine wesentlich gleichmäßigere Druckverteilung an der
Produktoberfläche.
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Bei getrennten Kanälen empfiehlt es sich, dass diese im Gegenstrom
durchströmt werden, damit der Temperaturgradient zwischen den Heiz- und den
Kühlkanälen annähernd gleich bleibt.
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Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung bei geringeren Anforderungen an
die Produktqualität oder aus Kostengründen anstelle zweier separater Kreisläufe
für die Heiz- und Kühlflüssigkeit nur ein gemeinsames Kanalsystem in der
Pressplatte anzuordnen, das je nach Betriebsbedingungen von Heiz- oder
Kühlflüssigkeit durchströmt wird.
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Hinsichtlich der Positionierung der Mischventile empfiehlt es sich, dass sie für
die produktseitig angeordneten Kanäle an deren Eingangsseite angeordnet sind.
Zweckmäßig handelt es sich dabei um Mehrwegventile, damit bei Bedarf sofort
wärmere oder kühlere Wärmeträgerflüssigkeit beigemischt werden kann.
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Des weiteren empfiehlt es sich, auch an der Ausgangsseite der Heiz- und/oder
Kühlkanäle Mehrwegventile anzuordnen. Dadurch kann bei getrennten Kanälen
für die Heiz- und Kühlflüssigkeit ein mehr oder weniger großer Teil der
produktseitig austretenden Heizflüssigkeit direkt dem Eingang des gegenseitigen
Kühlkreislaufes beigemischt werden, während der restliche Teil des produktseitigen
Rücklaufes in den Heizkreislauf zur Wiedererwärmung geleitet wird. Diese
Anordnung der Mehrwegventile beschleunigt das Erreichen der vorgegebenen
Solltemperaturen.
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Bei einkanaliger Ausführung bietet die Anordnung von Mehrwegventilen am
Ausgang der Heizplatten den Vorteil, dass schon frühzeitig entschieden wird,
welcher Teil des Rücklaufes dem Kühlkreislauf und welcher Teil dem
Heizkreislauf zugeführt werden soll.
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Die Steuerung der Mischventile erfolgt vorzugsweise über Sensoren, die eine
Verformung im Sinne einer Krümmung der Pressplatte erfassen, wobei diese
Verformung durch einen Regler minimiert wird. Dabei kann die Verformung der
Pressplatte direkt durch eine Positionsmessung oder indirekt durch
Berücksichtigung der Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Pressplatte
erfasst werden.
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Schließlich empfiehlt es sich, dass der Regler für die Steuerung der
Mischventile an eine Programmsteuerung angeschlossen ist, die bei
Betriebsunterbrechungen der Presse die Temperatur der Flüssigkeit in den Kanälen sofort
herunterfährt, so dass die eingangs beschriebene Überhitzung von vornherein
ausgeschlossen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
dass durch gezielte Temperatursteuerung im Heiz- und/oder Kühlkreislauf eine
unerwünschte Aufheizung der Pressplatte an ihrer dem Produkt zugewandten
Seite dadurch ausgeschlossen wird, dass die Kanäle über Mischventile
wahlweise sowohl an einen Heizkreislauf als auch an einen Kühlkreislauf
angeschlossen werden können. Bei der zweikanaligen Ausführung der Pressplatten
außerdem dadurch, dass der Temperaturgradient zwischen der Produktseite und
der Gegenseite einer jeden Heizplatte durch entsprechende
Temperatursteuerung im Heizkreislauf und im Kühlkreislauf minimiert wird, so dass keine
Verformung der Platte im Sinne einer Krümmung derselben eintreten kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; dabei
zeigt
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Fig. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt durch eine Plattenpresse mit ihrem
Beschicksystem;
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Fig. 2 den erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlkreislauf im Einkanalsystem;
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Fig. 3 den erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlkreislauf im Zweikanalsystem.
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Man erkennt in Fig. 1 einen Ausschnitt einer Plattenpresse, bestehend aus
zumindest einem aufrechtstehenden Pressenrahmen 1, der eine untere
Pressplatte 2 mit einem daraufliegenden unteren Presspolster 3 und unteren
Pressblech 4 trägt. In dem dargestellten Betriebszustand wird das zu verpressende
Produkt 5 in Form eines Paketes aus mehreren Lagen von einem beidseits
angeordneten, an sich bekannten Beschicksystem 6 auf das untere Pressblech 4
abgeworfen.
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Im Abstand oberhalb der unteren Pressplatte 2 und des Werkstückpaketes 5
erkennt man die vertikal verfahrbare obere Pressplatte 7, die an ihrer Unterseite
wiederum ein Presspolster 8 und darunter ein Pressblech 9 trägt.
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Die obere Pressplatte 7 ist an mehreren Hydraulikstempeln 10 und 11 montiert,
die für den eigentlichen Pressvorgang verantwortlich sind.
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Im Inneren der beiden Pressplatten 2 und 7 befinden sich Strömungskanäle 12
bzw. 13a und 13b, die mit Heiz- oder Kühlflüssigkeit, im allgemeinen mit
Wärmeträger-Öl, beschickt werden. Die Strömungskanäle laufen mäanderförmig
über fast die gesamte Länge und Breite der beiden Pressplatten, wobei im Fall
der unteren Pressplatte nur ein durchgehender Strömungskanal 12 vorliegt, im
Fall der oberen Pressplatte 7 jedoch zwei voneinander getrennte
Strömungskanäle, ein unterer Strömungskanal 13 und ein oberer Strömungskanal 13a. In der
Praxis wird man meist das gleiche Kanalsystem für beide Pressplatten
vorsehen, also entweder beide Platten im Einkanalsystem oder beide Platten im
Zweikanal-System. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, die
Strömungskanäle nicht direkt in den Pressplatten anzuordnen, sondern in Heizplatten, die
dann ihrerseits auf der dem Produkt zugewandten Seite an den Pressplatten
montiert sind.
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Ebenso ist es möglich, die Heiz- oder Pressplatten mehrlagig auszubilden,
insbesondere die Strömungskanäle durch Zwischenlagen zu bilden. Wesentlich ist
aber bei der zweikanaligen Ausführung, wie sie an der oberen Pressplatte 7
dargestellt ist, dass keine Isolierschichten zwischen den Kanälen 13 und 13a
angeordnet sind.
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Meist weisen die Strömungskanäle eine Vielzahl parallel geschalteter Äste auf,
um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen.
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Wesentlich ist noch, dass die beiden Pressplatten 2 und 7 jeweils mit
Wegsensoren 32a, 32b bzw. 33a und 33b korrespondieren. Diese Wegsensoren haben
die Aufgabe, eine eventuelle Verformung der Platte im Sinne einer Wölbung zu
erfassen. Sie können nahe den Außenrändern der Platten angeordnet sein, um
eine definierte Randposition zu messen, die dann mit einem Sollwert verglichen
wird - und zwar bei einer Plattenposition, wo der Pressvorgang noch nicht
stattfindet, vorzugsweise bei ganz geöffneter Presse.
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Die Versorgung der Strömungskanäle mit Heiz- bzw. Kühlmittel geht aus den
Fig. 2 und 3 hervor, wobei zunächst auf das Ein-Kanal-System gemäß Fig.
2 eingegangen wird.
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Wie man sieht, sind die Heizplatten 2 und 7 mit ihren Kanälen 12 bzw. 13
jeweils linksseitig an eine Leitung 14 bzw. 15 angeschlossen, durch die Heiz- oder
Kühlmittel zu den Platten 2 bzw. 7 gelangt. Dazu sind die Leitungen 14 und 15
jeweils an eine Pumpe 16 bzw. 17 angeschlossen, der jeweils ein Dreiwege-
Mischventil 18 bzw. 19 vorgeschaltet ist. Diese Mischventile sind ihrerseits über
Leitungen 20 bzw. 21 an den Vorlauf des Heizkreislaufes und über Leitungen 22
bzw. 23 an den Rücklauf der Pressplatten 2 bzw. 7, zusätzlich aber auch an den
Vorlauf des rechts dargestellten Kühlkreislaufes angeschlossen.
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Der Kühlkreislauf besteht aus zwei Kühlern 24 und 25, die aber auch in einer
Baueinheit zusammengefasst werden können. Dabei handelt es sich
zweckmäßig um Rohr-Wärmetauscher, die, wie angedeutet, durch Kaltwasser gekühlt
werden. Selbstverständlich können aber auch andere Kühl-Aggregate verwendet
werden. Die Kühler sind jeweils über Pumpen 26 bzw. 27 an ein Dreiwege-
Mischventil 28 bzw. 29 angeschlossen, das in den Rücklauf der Press- oder
Heizplatte 7 bzw. 2 eingebaut ist.
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Das beschriebene Fließschema erlaubt es, die beiden Press- oder Heizplatten 2
und 7 wahlweise je nach Stellung der Mischventile 18, 19, 28, 29 mit
Flüssigkeiten stark unterschiedlicher Temperatur zu beaufschlagen, beispielsweise zum
raschen Anfahren durch Flüssigkeit ausschließlich aus dem Heiz-Kreislauf über
die Leitungen 20 und 21, während des Normalbetriebes überwiegend durch die
Rücklaufflüssigkeit in den Leitungen 22 und 23 unter geringer Beimischung von
Flüssigkeit aus den Leitungen 20 und 21, bei Betriebsunterbrechungen
hingegen allein durch Flüssigkeit aus dem Kühlkreislauf, indem der gesamte Rücklauf
aus den Pressplatten 2 und 7 durch entsprechende Stellung der Mischventile 28
und 29 durch die Kühler 24 und 25 geleitet wird.
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Die Steuerung der Mischventile erfolgt durch Temperaturmessung in den
Vorlaufleitungen 14 und 15 einerseits und an repräsentativen Punkten T der
Pressplatten 2 und 7 andererseits. Diese Temperaturwerte werden einem
programmgesteuerten Regler 30 bzw. 31 zugeführt, der die Einstellung der vier genannten
Mischventile bewirkt.
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Fig. 3 zeigt den Heiz- und Kühlkreislauf im Zweikanal-System. Einander
entsprechende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in
Fig. 2. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass in den Press- oder
Heizplatten 2 und 7 getrennte Strömungskanäle angeordnet sind, nämlich
jeweils ein Strömungskanal 13, der nahe der Produktseite der Pressplatte 2 und 7
verläuft und jeweils ein Strömungskanal 13a, der vertikal versetzt an der
Gegenseite, also an der produktabgewandten Seite, verläuft. Dabei ist der
produktseitige Strömungskanal 13 normalerweise mehr oder weniger an den Heiz-
Kreislauf, der auf der Gegenseite verlaufende Strömungskanal 13a mehr oder
weniger an den Kühlkreislauf angeschlossen. Deshalb werden im folgenden die
produktseitigen Kanäle als Heizkanäle, die gegenseitigen Kanäle als Kühlkanäle
bezeichnet, obwohl je nach Betriebszustand auch umgekehrte Verhältnisse
vorliegen können.
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Außerdem sind im Unterschied zu Fig. 2 jeweils zwei Mischventile 28, 28a und
29, 29a in die genannten Heiz- bzw. Kühlkanäle eingebaut, im
Ausführungsbeispiel im Rücklauf der Heizkanäle und im Vorlauf der Kühlkanäle, wobei die
Heizkanäle im Gegenstrom zu den Kühlkanälen derselben Pressplatte verlaufen.
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Die Mischventile 28 und 28a der Pressplatte 7 sind wiederum als Dreiwege-
Ventile ausgebildet und aneinander angeschlossen, so dass die Kanäle 13 und
13a wahlweise mit Heiz- oder Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden können. So
ist es beispielsweise zum raschen Aufheizen der Pressplatten beim Anfahren
der Anlage möglich, die von der Pumpe 16 bzw. 17 gelieferte Heizflüssigkeit
nach Durchströmen der Produktseite sofort im Rücklauf der Gegenseite
zuzuführen. Umgekehrt ist es bei einer Betriebsunterbrechung möglich, beide
Kanalebenen 13 und 13a mit Kühlwasser zu beaufschlagen und somit jede
Aufheizung zu unterbinden.
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Der Hauptvorteil des Zweikanal-Systems besteht aber darin, dass
Temperaturdifferenzen zwischen Produktseite und Gegenseite der Press- oder Heizplatte
ausgeschlossen werden können, weil durch gezielte Kühlung an der Gegenseite
die gleiche Temperatur wie an der Produktseite aufrechterhalten werden kann.
Dazu werden an beiden Heizplatten an der Produktseite wie auch an der
Gegenseite die Temperaturen, wie durch die Symbole T angedeutet, gemessen
und den Reglern 30 bzw. 31 zugeführt.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Wölbung der Heizplatten durch Sensoren -
in Fig. 3 durch die Symbole S angedeutet - erfasst und der Messwert ebenfalls
an den Regler 30 bzw. 31 weitergegeben werden, damit durch entsprechende
Steuerung Mischventile 16, 17, 28, 28a, 29 und 29a die Kanäle 13 und 13a mit
solchen Temperaturen beaufschlagt werden, dass Verwölbungen der
Pressplatten aufgrund von Temperaturdifferenzen zwischen Produktseite und
Gegenseite und dadurch bedingte Veränderungen im Anpressdruck ausgeschlossen
werden.