Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von bewegtem

Flachmaterial aus einem Gemisch von vorzugsweise mit Bindemittel versetzten lignozellulose- und/oder zellulosehaltigen Teilchen,

insbesondere HDF- und UTHDF-Platten, bzw. MDF- und UTMDF-Platten, im Anschluss an einen heißen, verdichtenden Herstellungsprozess, wobei die Kühlung über wenigstens eine umlaufende, das Flachmaterial im Betrieb in Laufrichtung über eine Länge von mindestens 100 mm kontaktierende Oberfläche eines umlaufenden Bandes oder eines umlaufenden Walzenmantels eines Kühlelementes vornehmbar ist, wobei das umlaufende Band oder der umlaufende Walzenmantel auf der

Innenseite mit einem Kühlfluid beaufschlagbar und unter einem

Anpressdruck gegen das Flachmaterial andrückbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren, das die Vorrichtung anwendet, und eine UTMDF- bzw. UTHDF-Platte, die mit der Vorrichtung gekühlt wurde.

Die Herstellung von HDF- und UTHDF- bzw. MDF- und UTMDF-Platten findet in einem heißen verdichtenden Herstellungsprozess statt. MDF steht dabei für eine mitteldichte Holzfaserplatte oder mitteldichte

Faserplatte, während HDF die Hochdichte Faserplatte bezeichnet.

Besonders bezieht sich die Erfindung auf Flachmaterial mit einer Dicke von 1 bis 5 mm und eine Dichte von 600 bis 1200 kg/m3. An dieser Stelle der Dickenkennzeichnung kommt der Vorsatz in der Bezeichnung, das UT, zum Tragen, der„Ultra Thin" charakterisiert. Die gewünschte

Produktionsgeschwindigkeit sollte bis an 2 m/s heranreichen können. Bislang wurden solche Platten eher unzureichend mit Luft- oder

Wasserbeaufschlagung gekühlt. Abgesehen davon, dass die Kühlstrecke in diesem Fall sehr lang ist und einen ausgesprochen hohen

Energieverbrauch aufweist, ergeben sich mit solchen Verfahren auch immer negative Beeinflussungen der kurz zuvor geglätteten Oberfläche oder Einwirkungen auf die chemische oder physikalische Struktur des Flachmaterials.

Aus der DE 199 19 822 A1 und der DE 199 26 155 A1 sind Doppelband- Kühlpressen bekannt, durch die eine etwa 15 mm dicken Werkstoffplatte einer Schockkühlung unterworfen werden kann. Aus beiden

Veröffentlichungen ist entnehmbar (besonders ausführlich dargestellt in der Figur 2 der DE 199 126 155 A1 ), dass man Kerntemperaturen von 80 bis 100°C erzielen kann. Es ist bekannt, dass Werkstoffplatten nach einer solchen Behandlung häufig in einer derartigen Doppelband-Kühlpresse in der Regel noch über einen längeren Zeitraum in sogenannten

„Kühlsternen" gelagert werden müssen, bis sie eine Temperatur erreicht haben, bei der sie stapelbar sind. Oder die Platten müssen in ähnlichen Anlagen überschliffen werden, weil die Oberflächen nachgeraut sind.

Gerade bei dünnem Flachmaterial gemäß der Erfindung wäre es bei alleiniger Verwendung der letztgenannten Doppelband-Kühlpresse unausweichlich, dass die (UT)MDF bzw. (UT)HDF-Platten bei einer Stapelung geschnittener Abschnitte wellig werden. Findet die Stapelung statt, wenn die Temperatur das Flachmaterials noch zu hoch ist oder vom Kern zur Oberfläche einen zu hohen Gradienten aufweist, könne sich außerdem die Bindemittel über die Zeit verändern und die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflussen. Die Aufgabe der Erfindung ist demzufolge, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Flachmaterial gemäß der Erfindung derart ohne signifikante Qualitätseinbußen kühlbar ist, dass es schneller weiterverarbeitet werden kann als es der Stand der Technik erlaubt.

Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere Kühlelemente hintereinander mit wenigstens einer dazwischen liegenden Temperaturausgleichszone vorgesehen sind. Es hat sich gezeigt, dass es mit dieser Anordnung in positiver Wirkung möglich ist, das laufende Flachmaterial vor oder ggf. auch nach dem Schneiden in gewünschte Längenabschnitte sehr stark auch im Kern abzukühlen. Ein gestecktes Ziel, das mit dieser Erfindung erreicht wurde, war es, das Flachmaterial insgesamt um mindestens 50°C abzukühlen. Dabei durfte die gesamte Kühlstrecke 25 Meter möglichst nicht überschreiten. Dieses nebengeordnete Ziel wird mit der

erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllt. In der Regel handelt es sich dabei um eine Einlauftemperatur von ca. 100°C hin zu einer Temperatur (vorzugsweise vor dem Schnitt) von unter 50°C, wünschenswert und erreichbar ist - je nach Dicke des Flachmaterials - sogar unter 40°C.

Unter der Temperaturausgleichszone ist eine Streckenabschnitt für das Flachmaterial zu verstehen, in dem sich die in dem Kühlelement stark reduzierte Oberflächentemperatur und die Kerntemperatur wieder einander annähern. Außerdem kann ein Feuchte- und

Dampfdruckausgleich stattfinden.

Es ist von Vorteil, wenn die Länge der kontaktierende Oberfläche eines umlaufenden Bandes oder eines umlaufenden Walzenmantels maximal 2000 mm, bevorzugt maximal 1000 mm beträgt. Der Aufbau des

Kühlelementes vereinfacht sich konstruktiv erheblich. Technologisch erfährt das Flachmatenal eine Art einer kurzen„Impulskühlung", die sich auf den Gesamtkühlprozess als sehr vorteilhaft herausgestellt hat. Unter der Voraussetzung, dass das Flachmaterial eine Geschwindigkeit von 1 ,0 bis 2,0 m/s hat, dauern die Kühlimpulse entsprechend etwa 100 bis 800 ms. Wie in der Temperaturausgleichszone kann vorgesehen werden, dass umlaufende Bänder eingekapselt und/oder konditioniert werden. Damit wird eine Kondenswasserbildung auf den kalten Bändern vermieden. Bevorzugt weist die Temperaturausgleichszone eine Länge von 100 bis 2000 mm auf. In diesem Abschnitt wird dem Flachmaterial die Möglichkeit gegeben, den Temperaturgradienten von Oberfläche zu Kern wieder abzusenken. Die innere Wärme wird demzufolge mit der Gelegenheit eines Feuchte- und Dampfdruckausgleichs nach außen geführt. Im Kontakt mit dem nächsten Kühlelement wird der Prozess wiederholt, bis sowohl Oberflächen- als auch Kerntemperatur auf einem annähernd gleichen und niedrigen Niveau sind.

Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass mindestens 10 Kühlelemente

hintereinandergeschaltet sind. Ab dieser Anzahl von Kühlelementen mit einer Kontaktlänge von ca. 800 mm ist es überraschend gelungen, mittelstarke HDF-Platten bereits von einer Kerntemperatur von 100°C auf 50°C herunterzukühlen. Es ist günstig, wenn den Kühlelementen auf der der Platte

gegenüberliegenden Seite jeweils ein Gegenelement zugeordnet ist. Dieses wirkt dabei nicht nur als Gegenkraft zu dem von dem Kühlelement aufgebauten Druck gegen das Flachmaterial, sondern ist geeigneterweise ebenfalls als Kühlelement ausgestaltet. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Temperaturverlauf über die Flachmaterialdicke und die innen gestaute Wärme kann in zwei Richtungen abfließen.

Vorzugsweise sind das Gegenelement und das Kühlelement dabei weitgehend identisch aufgebaut. Es ist weiterhin von Vorteil, wenn alle Kühl- und Gegenelemente im Wesentlichen gleich aufgebaut sind. Man schafft dadurch ein Modul, das abhängig von der Fasermaterialbreite nur einmal konstruiert werden muss und schließlich, je nach Bedarf, mehrfach hintereinander eingesetzt werden kann.

Bevorzugt ist ein Andruckelement innerhalb des Kühlelementes oder Gegenelementes vorgesehen, das das umlaufende Band oder den umlaufenden Walzenmantel gegen das Flachmaterial presst. Ein solches Andruckelement kann in seiner Elastizität und Reibwerten angepasst werden.

Besonders bevorzugt wird dabei dafür gesorgt, dass der Anpressdruck über den Druck des Kühlfluids erzeugbar ist. Es werden beispielsweise Andruckelemente eingesetzt, die von einem oder mehreren Kolben- Zylinder-Einheiten angestellt werden können. Das Kühlfluid wird unter einem Druck von 3 bis 20 bar durch eine oder mehrere Kapillaren in eine sogenannte Drucktasche geführt, die auf der dem Band oder dem Mantel zugewandten Fläche des Andruckelementes eingelassen ist. Das

Kühlfluid strömt dann über die einrahmenden Stege der Drucktasche und übernimmt gleich zwei Aufgaben. Einerseits sorgt es für eine

reibungsfreie Flüssigkeitsschmierung oder Gaspolster, die/das auch den Druck auf das Flachmaterial aufnimmt, und andererseits kühlt es in unmittelbarem Kontakt das Band oder den Mantel von der Innenseite. Es ist von großem Vorteil, wenn der Druck und/oder die Kühlleistung in Laufrichtung des Flachmaterials und/oder quer dazu in mehrere unterschiedlich ansteuerbare Zonen unterteilt sind. Das gekühlte Band oder der gekühlte Mantel haben einen deutlichen Einfluss auf die sich bildende Oberflächenqualität des Flachmaterials. Wenn sich Druck oder Temperatur über die Breite des Flachmaterials oder in dessen

Bearbeitungsrichtung zonenweise einstellen lässt, kann man in

geschickter Weise Einfluss auf das Profil nehmen. Beispielsweise kann es notwendig sein, bei trockeneren Randzonen des Flachmaterials mit anderen Drücken oder Temperaturen zu operieren, als das in der Mitte des Flachmaterials angebracht ist. Unebenheiten in dem Flachmaterial können ebenfalls ausgeglichen werden, beispielsweise im Querprofil quer oder im Längsprofil in Laufrichtung des Flachmaterials bedingte

Dickenschwankungen. Bei MDF/HDF-Flachmaterial würden die

Unebenheiten durch Schwankungen bei der Streuung entstehen können, sie sind also Flächengewichtsschwankungen. Diese sind selbst bei modernen Anlagen noch in einer Größenordnung von 10 kg/m ³ bei einer mittleren Plattendichte von 860 kg/m ³ . Die Druckgebung in den einzelnen Zonen kann dabei beispielsweise anhand der durch einen Sensor ermittelten Dickenunterschiede über einen Prozessor angesteuert werden.

Es ist günstig, wenn das Band oder der Mantel eine Wandstärke von maximal 0,1 bis 2 mm besitzt und zumindest die Oberfläche des Bandes oder des Mantels aus Metall besteht. Dadurch wird die Wärmeabfuhr wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit des Mantel- oder Bandwerkstoffes erleichtert. Ein 0,2 mm starkes Band aus galvanisch erzeugtem Nickel hat sich hier als besonders wirkungsvoll erwiesen. Um eine sehr glatte Oberfläche des Flachmaterials zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche des Bandes oder des Mantels eine

Rauhigkeit mit einem maximalen Ra-Wert von 0,8 μιτι aufweist. Bevorzugt ist die Temperaturausgleichszone zumindest teilweise mit einer zum Flachmaterial hin offenen Haube versehen. Dadurch schafft man zwischen den Kühlelementen eine Temperaturausgleichzonen mit einer konditionierbaren Atmosphäre nahe der Oberfläche des Flachmaterials. Es können„flash"-artige Verdampfungen vermieden werden und somit ein Aufreißen und Aufrauen der Oberfläche.

Vielfach ist es von Vorteil, wenn das Flachmaterial„kalibriert" wird, bevor es zu ersten Kühlelement gelangt. Dazu ist vorgesehen, dass zumindest dem ersten Kühlelement ein Walzenspalt für das Flachmaterial

vorgeschaltet ist. Ein solcher Walzenspalt befindet sich beispielsweise in einem Kalander. Die Walzen können mit angepassten Oberflächen versehen sein, also beispielsweise hart und glatt aus Metall zur

Erzeugung einer besonderen Glätte, oder mit einem elastischen Belag zur Erzielung einer gleichmäßigen Verdichtung. Zudem können die Walzen temperierbar sein.

In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Kühlung von mindestens 50°C über die beschriebene Vorrichtung erfolgt

Und in Bezug auf das Produkt einer UTMDF- oder UTHDF-Platte mit einer Dicke von 1 bis 3 mm wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass diese mittels der beschriebenen Vorrichtung gekühlt wurde. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen,

Figur 2 einen Querschnitt durch ein Kühlelement,

Figur 3 eine dreidimensionale Darstellung eines Kühlelementes ohne Band und

Figur 4 ein Diagramm, in dem der Temperaturverlauf von Kern und Oberfläche eines Flachmaterials über die Behandlungsdauer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist.

Die Vorrichtung 1 zum Kühlen eines Flachmaterials 2, insbesondere von (UT)MDF- oder (UT)HDF-Platten, zeigt in Bahnlaufrichtung zunächst einen kalibrierenden Walzenspalt 3 und anschließend mehrere hintereinander geschaltete Kühlelemente 4 mit jeweils einer über 100 mm langen, umlaufenden Kontaktfläche 5 zum Flachmaterial 2, und deren Gegenelemente 4' auf der gegenüberliegenden Seite des Flachmaterials 2. Die Gegenelemente 4' sind identisch aufgebaut, wie die Kühlelemente 4, so dass die Vorrichtung mehrere gleichartige Module besitzt. Sowohl Kühlelement 4 als auch Gegenelement 4' besitzen einen Rahmen 8 in dem zwei Umlenkwalzen 6 gelagert sind. Die Kontaktfläche 5 wird in diesem Fall durch ein über die zwei Umlenkwalzen 6 umlaufendes Metallband 7 gebildet. Alternativ wären aber auch flexible Walzenmäntel denkbar. Innerhalb des Rahmens sind gekühlte Andruckelemente 9 gelagert, die später beschrieben werden. Jedes Kühlelement 4 verfügt über wenigstens einen, nicht dargestellten Anschluss für ein Kühlfluid. Über das Kühlfluid wird das Metallband 7 auf der dem Flachmaterial abgewandten, also der Innenseite gekühlt. Auf diese Weise wird die Wärme aus dem Oberflächenbereich des Fasermaterials durch das Metallband 7 hindurch abgeleitet. Dazu hat das Band eine sehr geringe Dicke von beispielsweise 0,3 mm und ist aus einem gut wärmeleitenden Metall wie beispielsweise Stahl oder besser Nickel. Die Temperatur des Kühlfluids kann überwacht werden und sobald das Kühlfluid in dem abgedichteten Kühlelement 4 eine Temperaturgrenze überschritten hat, wird es über nicht dargestellte Abflussleitungen abgeleitet. Um die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 besonders effektiv wirken zu lassen, sollte mindestens 10 Kühlelemente 4 hintereinandergeschaltet sein (aus darstellerischen Gründen sind in Figur 1 nur vier aufgezeigt). Sofern das Metallband 7 zudem eine Oberflächenrauhigkeit Ra unter 0,8 μιτι besitzt, können sogar Nachglättungseffekte erzeugt werden.

Zwischen den Kühlelementen 4 sind Temperaturausgleichszonen 10 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine Wegstrecke für das

Flachmaterial 2, in der es nicht aktiv gekühlt wird. Wenn sich das

Flachmaterial 2 in der Temperaturausgleichszone 10 befindet, strömt

Wärme aus dem heißeren Kern zu den kurz zuvor gekühlten Oberflächen des Flachmaterials 2. Die Temperaturausgleichszone 10 ist von einer Haube 1 1 abgedeckt, um eine günstige, feuchte, also konditionierte Atmosphäre zu schaffen, damit es nicht zu Flashverdampfungen und somit zu einem Aufrauen der Oberfläche das Flachmaterials 2 kommt. Die Temperaturausgleichszone 10 weist eine Länge von 100 bis 2000 mm auf, in diesem Ausführungsbeispiel etwa 900 mm. Außerdem verhindern die Temperaturausgleichszonen eine Kondensation von Umgebungsluft auf dem Flachmaterial 2 oder dem Band 7. Entsprechend kann in nicht dargestellter Weise auch jedes Band 7 zumindest teilweise eingehaust sein, um Kondensation zu vermeiden.

Der Walzenspalt 3 wird durch zwei Walzen 12, 13 gebildet. Die Walze 12 ist dabei eine Walze mit einem über wenigstens ein Stützelement 14 biegeeinstellbaren und gegen die Gegenwalze 13 anstellbaren Mantel 15. Über das wenigstens eine Stützelement 14 wird das Flachmaterial 2 auch mit Druck beaufschlagt und entsprechend geglättet oder kalibriert.

In der Figur 2 ist ein Querschnitt durch jeweils ein gegeneinander arbeitendes Kühl- und identisch aufgebautes Gegenelement gelegt.

Zwischen beiden wird das Flachmaterial 2 gekühlt. Gegen das

umlaufende Metallband 7 drückt das Andruckelement 9, das sich auf dem Rahmen 8 abstützt. In der dem Band 7 zugewandtenSeite des

Andruckelementes 9 sind Taschen 16 eingebracht. Diese Taschen 16 werden mit unter Druck stehendem Kühlfluid versorgt, so dass sich ein Druckpolster zwischen Andruckelement 9 und Band 7 aufbaut. Der Anpressdruck ist also über den Druck des Kühlfluids erzeugbar. Im

Bereich der Ränder der Flachmaterials 2 sind mehrere schmale Taschen 16" vorgesehen, während die Taschen 16' in der Flachmaterialmitte größer sein können. Der Sinn ist, dass man Druck und Kühlung auf die oft trockeneren oder dünneren Ränder des Flachmaterials 2 genauer einstellen kann, um anschließend ein gleichmäßiges Querprofil des Flachmaterials 2 zu erhalten. Die Feder 17 wirkt dabei am Rand sogar in Gegenrichtung zum

hydrostatischen Fluiddruck in den Taschen, um im Extremfall zwar einen Schmierfilm aufbauen, aber Druck auf die Ränder des Flächmaterials 2 völlig auszuschließen zu können. Zudem ist mit Hilfe dieser Gestaltung von mehreren, einzeln mit Kühlfluid ansteuerbaren schmalen Taschen 16" und der Feder 17 das gesamte Kühlelement 4 auf unterschiedliche, d. h. variierende Flachmaterialbreiten einstellbar. Es sind demnach durch die Taschen unterschiedlich ansteuerbare Zonen 16', 16" geschaffen worden, über die auf jede Querprofilabweichung im Flachmaterial reagiert werden kann. In der Figur 3 ist das Kühlelement 4 dreidimensional dargestellt. Zum besseren Verständnis wurde das Band 7 nicht gezeichnet. Mit dieser Darstellung wird die Taschenaufteilung der Taschen 16, 16' und 16" im Andruckelement 9 besser verdeutlicht.

Die technologische Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich anhand des Diagramms in der Figur 4 bezogen auf ein praxisnahes Beispiel leicht aufzeigen. Aufgetragen ist die Temperatur über der Kühlzeit. Die Kurve A steht dabei für die Kerntemperatur des Flachmaterials 2 und die Kurve B zeigt den Temperaturverlauf an der Oberfläche.

Zum Zeitpunkt T=0 läuft das Flachmaterial, in diesem Fall eine UTHDF Platte mit einer Stärke von 3mm, mit durchgängiger Temperatur von 100°C auf das erste Kühlelement 4 auf. Die Oberfläche wird durch den Kontakt mit dem Band 7, das eine Stärke von 0,1 bis 2 mm haben sollte, schlagartig auf etwa 30°C abgekühlt. Die Temperatur des Kühlfluids (in diesem Fall Wasser) wird auf 15°C gehalten. Kühlelemente 4 und Temperaturausgleichszone 10 sind derart gestaltet, dass sie mit einer Geschwindigkeit von 1 ,8 m/s jeweils 500 ms durchlaufen werden. Insgesamt sind sechzehn Kühlelemente

hintereinander geschaltet. Die Gesamtlänge der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt demnach etwa 28 Meter.

Nach dem Verlassen des ersten Kühlelementes, also in der ersten Temperaturausgleichszone, steigt die Oberflächentemperatur an der Oberfläche wieder bis auf 65°C an. Allerdings sinkt die Kerntemperatur durch den Wärmefluss. Kurz nachdem alle sechzehn Kühlelemente durchlaufen sind, liegen sowohl die Kern- als auch die Oberflächentemperatur in einem Feld von 25 bis 45°C und

vergleichmäßigt sich schließlich auf 35°C. Dadurch wird das

Flachmaterial ohne Lagerzeit zur Abkühlung schneid- und stapelbar, ohne wellig zu werden.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zum Kühlen

2 Flachmaterial

3 Walzenspalt

4 Kühlelement

4' Gegenelement

5 Kontaktfläche

6 Umlenkwalze

7 Band, Metallband

8 Rahmen

9 Andruckelement

10 Temperaturausgleichszone

1 1 Haube

12 Walze, biegeeinstellbar

13 Gegenwalze

14 Stützelement

15 Mantel

16 Hydrostatische Taschen

16' Hydrostatische Taschen in Flachmaterialmitte, Zone 1

16" Hydrostatische Taschen am Flachmaterialrand, Zone 2

17 Feder

A Temperaturkurve über der Zeit Kern

B Temperaturkurve über der Zeit Oberfläche