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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere zur Satinage einer Faserstoffbahn, in der diese mit Hilfe von mehreren Rollkörpern gegen eine um zumindest 30° umschlungene, beheizbare Walze anpressbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung einer Faserstoffbahn mit dieser Vorrichtung.
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Vorrichtungen mit sogenannten Kontaktzonen oder Nips bildenden Elementen, die eine Faserstoffbahn zwischen sich mit Druck und ggf. höheren Temperaturen behandeln, gibt es unzählige dem Fachmann bekannte. Häufig dienen sie als Kalander der Satinage der Faserstoffbahn.
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In erster Linie sind Walzennips bekannt, bei denen zwei Walzen gegeneinander gepresst werden und die durchlaufende Faserstoffbahn, im Folgenden kurz Bahn genannt, behandeln. Die Walzen können sogenannte harte Walzen, also mit metallischer und glatter Oberfläche sein, oder aber auch weiche Walzen, bei denen ein Kern mit einer elastischen Umhüllung versehen ist. Diese Art von Vorrichtungen bilden kurze Kontaktzonen oder Nips. Wie in der
DE 3416211 A1 offenbart, können dabei mehrere Walzen die Bahn an eine Heizwalze andrücken.
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Es sind auch Kalander mit sogenannten Breitnips bekannt. Bei diesen wirken beispielsweise eine beheizbare Walze und ein entsprechend dem Durchmesser der Walze konkav geformter, von einem umlaufenden Mantel umschlossener Schuh zusammen. Als breite Kontaktzone bezeichnet man aber auch eine Konstellation aus einer Walze und einem anliegenden umlaufenden Band, das gegen den Umfang der Walze angedrückt wird. Die Anpresskraft erfolgt dabei im Wesentlichen aus der Zugspannung im Band, kann aber auch durch zusätzliche Walzen, die einen Durchmesser von mindesten 400 mm haben, um sich über eine Bahnbreite von bis zu 10 m nicht in unzulässiger Weise durchzubiegen, unterstützt werden.
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Ferner sind aus älteren Tagen Vorrichtungen zur Behandlung von Bahnen bekannt, bei denen mehrere Rollkörper über magnetische Kräfte die Bahn an eine Heizwalze andrücken. Hier sei beispielhaft auf die
DE 2611586 A1 verwiesen. Diese Art der Anpressung von Rollkörpern gegen eine Bahn hat sich aus verschiedenen Gründen als nicht durchführbar herausgestellt. Der Aufwand zur Erzeugung entsprechender Magnetfelder war unwirtschaftlich groß.
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Hätte die Vorrichtung funktioniert, wäre der Konstruktionsaufwand gegenüber in der Regel eingesetzten durchbiegungsgesteuerten Walzen als Anlagewalzen erheblich verringert gewesen. Außerdem wäre ein alternatives Satinageverfahren mit dicht aufeinanderfolgenden Nips möglich gewesen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere eines Kalanders zu schaffen, bei dem auf aufwändig zu konstruierende Gegenwalzen zur Bildung der Behandlungszonen verzichtet werden kann. Es ist ferner die Aufgabe, ein neues Behandlungsverfahren für eine Faserstoffbahn, insbesondere zur Satinage aufzuzeigen.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Anpressdruck jedes Rollkörpers durch wenigstens einen auf den Rollkörper wirkenden Rollenwagen mit wenigstens einem Andruckrollenpaar aufbringbar ist, wobei der Rollenwagen über einen Aktuator mit Hub an einem im Behandlungsbetrieb feststehenden Träger abgestützt ist.
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Auf diese Weise wird durch eine rückblickend betrachtet einfach erscheinende Maßnahme eine neuartige Bahnbehandlungsvorrichtung geschaffen, nämlich indem mehrere Rollkörper gegen eine beheizbare Walze anpressbar sind, und zwar über Andrucksysteme, bei denen wenigstens zwei, in einem Rollenwagen gelagerte Andruckrollen auf die Rollkörper aufsetzen und wobei mittels eines Aktuators die Rollkörper direkt oder indirekt gegen die Bahn gepresst werden, die auf der Oberfläche einer beheizbaren Walze geführt ist. Als Aktuatoren kommen beispielsweise Differenzialzylinder oder Spindelhubmotoren in Frage.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass jedes Andruckrollenpaar in einer Wippe gelagert ist und die einzelnen Andruckrollen am Umfang des Rollkörpers versetzt auf diesen eine Kraft ausüben können.
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Der Rollkörper ist dadurch stabil an drei Punkten am Umfang gelagert. An zwei Stellen wirken die wenigstens zwei Andruckrollen auf den Rollkörper und an der dritten Stelle liegt er mit Druck auf die Bahn an der beizbaren Walze an. In dieser Anordnung sind auch hohe Drehzahlen der Rollkörper, die sich aus den hohen Bahngeschwindigkeiten und dem geringeren Durchmesser der Rollkörper (in der Regel 50 bis 400 mm) ergeben, problemlos.
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Vorzugsweise sind zumindest zwei Andruckrollen an jedem Wippenende gelagert.
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Wenn auf beiden Seiten der Wippe an deren Enden jeweils eine Andruckrolle gelagert ist, wird die Anordnung noch betriebssicherer. Es wirken dann keine Biegemomente auf den Rollenwagen bzw. die Wippe und die mit ihr verbundenen Aktuatoren.
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Es ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Andruckrollen, die entlang eines Rollkörpers quer zur Bahnlaufrichtung angeordnet sind, Zwischenräume aufweisen.
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So können verschiedene positive Effekte erzielt werden. Zunächst einmal werden Andruckrollen und somit teure Materialkosten eingespart. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Andruckrollen eines Nachbarrollkörpers gleichzeitig in diesen Zwischenräumen auch auf den Rollkörper drücken können und ihm somit eine besondere Stabilität in der Lage verleihen können. Im Übrigen reichen auf Abstand gesetzte Andruckwalzen je nach Steifigkeit des Rollkörpers aus, um ihn über seine Länge gleichmäßig gegen die Bahn andrücken zu können.
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Bevorzugt ist der Rollkörper durch ein über die Bahnbreite reichendes Rohr gebildet.
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Es ist zwar auch möglich, kürzere Rollkörper zu wählen, jedoch wird durch ein durchgängiges Rohr erreicht, dass es keine Unterbrechungen oder Beeinträchtigungen im Querprofil hinsichtlich, Glanz, Glätte, Opazität, Rauigkeit o.ä. Eigenschaften gibt. Bei der Wandstärke des Rollkörpers ist dabei darauf zu achten, dass der eingesetzte Druck keine unzulässigen Verformungen von der Rundheit bewirkt. Wird nur ein geringer Druck zur Satinage der Bahn gefordert, kann der Rollkörper auch mit einem elastischen Material beschichtet sein, damit sich die Flächenpressung verringert.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass ein umlaufendes, über Leitwalzen geführtes Band zwischen Rollkörpern und der Faserstoffbahn vorgesehen ist.
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Auf diese Weise werden die Rollkörper gegen Verschmutzung geschützt. Umgekehrt kann auch notwendiges Schmiermittel der Andruckwalzen nicht auf die Bahn gelangen. Das Band selbst kann über einfache und bekannte Bürsten- oder Schabersysteme sauber gehalten werden. Und es wird quasi ein Bandkalander geschaffen, der viele Einzelimpulse über die gesamte Kontaktstrecke mit der Bahn erzeugt. Damit werden ganz neue Satinagemöglichkeiten geschaffen.
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In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn das Band einen separaten Antrieb besitzt.
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Durch die Synchronisation des Bandes und der Bahngeschwindigkeit wird eine ungewollte Reibung zwischen beiden vermieden. Es können sowohl die Leitwalzen des Bandes als auch die Rollkörper oder die Andruckwalzen mit einem Antriebsmotor versehen sein. Bei bekannten Bandkalandern werden umlaufende Metall- oder Kunststoffbänder derart über Leitwalzen geführt, dass sie mit einem relativ großen Umschlingungswinkel an der beheizbaren Walze anliegen.
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Eine Faserstoffbahn wird zwischen dem Band und der beheizbaren Walze also über eine relativ lange Zeitdauer einer Wärmebehandlung ausgesetzt. Der aufgebrachte Druck ist relativ gering, da es durch die Zugbelastungsgrenzen des Bandes begrenzt ist. Bei der
DE 203 21 853 U1 wird, um das Band gegen die Heizwalze zu drücken, eine weitere Presswalze eingesetzt, die von der Seite innerhalb des umlaufenden Bandes ggf. biegeeinstellbar gegen das Band drückt. Gemäß den Ausführungen in der Offenbarung muss die Presswalze aber nicht unbedingt anliegen und kann neben einer Druckgebung auch dafür bestimmt sein, die Länge der Kontaktzone oder Bandspannung einzustellen. Mehrere Rollkörper einzusetzen, die deutlich einfacher aufgebaut sind als sogenannte Biegeeinstellwalzen, ist dagegen neu. Bei der Behandlungsvorrichtung muss die Aufbringung des Satinagedrucks außerdem nicht über die Bandspannung erfolgen, sondern kann über die einzelnen Rollkörper aufgebracht werden.
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Vorzugsweise ist das Band dann alternativ oder ggf. sogar vereint aus zwei möglichen Materialen gebildet. Entweder es besteht aus Metall oder es besteht aus einem Kunststoff, insbesondere PEEK, Polyurethan oder Polyamid, das mit Fasern, insbesondere Glas- oder Aramidfasern verstärkt ist.
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Ein metallisches Band kann eine Kontaktoberfläche zur Bahn haben, die besonders glatt und sogar erwärmbar ist. Beides resultiert bei einer Satinage hin zu einer besonders glatten Bahnoberfläche, die sogar auf beiden Bahnseiten gleichermaßen erzeugbar ist. Ist das Band aus einem im Vergleich zum Metallband weicheren Kunststoff, wird dadurch während der Satinage ein anderer positiver Effekt erzeugt, nämlich eine gleichmäßigere Verdichtung im Bahnaufbau (Faserquetschung), was sich unter Umständen sehr vorteilhaft auf die Druckeigenschaften der Bahn auswirkt, weil Druckfarbe gleichmäßig eindringen kann. Es wird also je nach Art der Faserstoffbahn entschieden werden, welcher Bandwerkstoff eingesetzt werden sollte.
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Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, dass die Aktuatoren einzelner Rollenwagen separat einstellbar sind.
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Über separat einstellbare Aktuatoren über die Bahnbreite kann das Dickenquerprofil der Bahn eingestellt werden. Insbesondere an den Bahnrändern, die beispielsweise trockener oder dicker sein können, ist es besonders sinnvoll, geringere oder höhere Drücke auf den Rollkörper einstellen zu können, um nach Austritt aus der Behandlungsvorrichtung ein auf wenige Mikrometer genau eingestelltes Dickenquerprofil der Bahn erzeugen zu können.
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Um das Satinageergebnis zusätzlich positiv zu beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn der Behandlungsvorrichtung eine Befeuchtungsstation zur Befeuchtung der Faserstoffbahn vorgeschaltet ist. Hier kann ein Dampf- oder Düsenfeuchter mit Querprofilierungsmöglichkeit eingesetzt werden, damit die Bahn mit einem gleichförmigen Feuchtequerprofil in die Behandlungsvorrichtung einläuft. Ein Dampffeuchter kann die Bahn zudem entsprechend vorwärmen.
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Bevorzugt sind die Träger und/oder die Führungswalzen zumindest an einem Ende mit einer schwenk- oder lösbaren Wand verbunden.
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Eine solche Verbindung ermöglicht eine besonders einfache Wartung der Behandlungsvorrichtung. Insbesondere bei Nutzung eines umlaufenden Bandes ist es vorteilhaft, wenn eine Wand, in der die Führungswalzen gelagert sind, um ein Drehgelenk umklappbar ist. Oder die gelöste Wand wird mit einem Hallenkran abgehoben. Damit wird der einseitige Zugang zu allen Druckwalzen und Rollkörpern eröffnet und zudem besteht die Möglichkeit, das Band wesentlich einfacher von den Umlenkwalzen abzuziehen. Bei Reparaturarbeiten an den Aktuatoren oder beim Wechsel von verschlissenen Andruckwalzen verringern sich die unproduktiven Stillstandszeiten der Vorrichtung stark.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird wenigstens eine der Aufgaben mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Bahn an einer Heizwalze anliegend mit der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung mehrfach hintereinander einem Druckimpuls ausgesetzt wird.
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Diese Art der Satinage schafft ein völlig neuartiges Glättverfahren. Dadurch, dass nicht, wie im Stand der Technik bereits beschrieben, in komplizierter Weise Magnetkräfte auf die einzelnen Rollkörper wirken, sondern beabstandet jeweils mindestens zwei Andruckwalzen mittels eines Aktuators gegen den Rollkörper drücken, wird das Verfahren wirtschaftlich, weil der Aufbau und die Wartung relativ unkompliziert sind.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Druckimpuls einen Druckbereich von ca. 5 bis 20 MPa aufweist.
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Dies ist durch die geringen Durchmesser der Rollkörper gemäß der Hertz’schen Pressung ebenfalls auf einfache Weise ohne große Aktuatorkräfte zu realisieren. Im Einlauf der Behandlungsvorrichtung kann der Druck dabei beispielsweise kontinuierlich von Rollkörper zu Rollkörper ansteigen und im Auslauf wieder abklingen. Die sehr kurzzeitigen Impulse glätten die Bahn wie in einem Mehrwalzenkalander, aber die Bahn hat zwischendurch die Möglichkeit wieder aufzufedern, wobei sie trotzdem an der beheizbaren Walze anliegt, um somit – wie oft gewünscht – volumenschonend satiniert zu werden. Ein Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit und der Dicke der austretenden Bahn mit der eines herkömmlichen Kalanders verdeutlicht die erfindungsgemäßen Vorteile einer Satinage mit mehreren Rollkörpern. Durch die schonendere Glättung sind die guten Eigenschaften: Weichheit, Faltbarkeit, Dämpfung, Reißfestigkeit usw. nach dem Glätten im Vergleich zur konventionellen Kalandrierung erfreulich höher. Und die Papierglätte verbessert sich deutlich.
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Vorzugsweise wird, wie bereits bei den Vorrichtungsansprüchen erwähnt, zumindest bei einem Rollkörper das Druckprofil über die Bahnbreite mittels der Aktuatoren eingestellt.
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Dadurch, dass mehrere dieser Rollkörper vorgesehen sind, deren Druckprofil über die Bahnbreite einstellbar ist, kann die Dickenkalibrierung der Bahn besonders exakt vorgenommen werden.
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Es ist bevorzugt, dass der geringe Druck zwischen den Rollkörpern auf unter 2 MPa einstellbar ist. Der Energieeintrag in Form von Druck in die Vorrichtung wird auf diese Weise klein gehalten und das Band wenig beansprucht. Dabei ist ein Druck von unter 2 MPa ausreichend, um den notwendigen Wärmeübergang sicher zu stellen. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Oberflächentemperatur der beheizbaren Walze zumindest bei über 100°C, besser bei über 150°C liegt.
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Zudem schließt die Erfindung selbstverständlich nicht aus, dass der Behandlungsvorrichtung zur Satinage andere Kontaktzonen in Form von Walzennips oder langen Band-Kontaktzonen vor- oder nachgeschaltet sind.
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In den nachfolgenden Erläuterungen zur Erfindung, die durch die Zeichnungen illustriert werden, sind derartige vor- oder nachgeschaltete Kontaktzonen nicht dargestellt, dem Fachmann aber bekannt.
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Die Figuren zeigen
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1. eine schematische dreidimensionale geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn und
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2. einen Ausschnitt aus dieser Vorrichtung
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Wie 1 zeigt, sind um die beheizbare Walze 3 beispielhaft neun Rollkörper 2 in Form von Rohren 12 angeordnet. Die Anzahl der Rollkörper 2 kann in Abhängigkeit von der zu behandelnden Faserstoffbahn 5 beliebig variieren. Es sollten empfehlungsgemäß aber mindestens fünf sein.
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Die beheizbare Walze 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf über 100°C, vorzugsweise auf über 150°C beheizbar. Dazu kann sie in nicht dargestellter aber bekannter Weise sowohl von innen mit einem Wärmefluid als auch beispielsweise induktiv von außen beheizt sein.
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Die Rollkörper 2 werden von Rollenwagen 9 positioniert, die mit je vier Andruckrollen 7, die in je zwei Radachsen 16 an den Enden einer Wippe 8 gelagert sind, die Rollkörper 2 drehbar halten und in Richtung beheizbarer Walze 3 drücken. Diese Anordnung wird detaillierter in 2 dargestellt. Die Rollenwagen 9 werden beweglich an der Hubachse eines Aktuators 6 befestigt, der schwimmend an einem Profilträger 10 angebracht ist. Der Aktuator 6 ist beispielsweise ein Differenzialzylinder, der pneumatisch oder hydraulisch angesteuert wird. Jeder Profilträger 10 ist einem Rollkörper 2 zugeordnet. Er ist fest mit einer oder beiden Seitenwänden 11 verbunden.
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Die Rollenwagen 9 und somit die Andruckrollen (7, 7a, 7b) stehen auf Lücke. Andruckrollen können so benachbarte Rollkörper berühren. Dadurch wird ein Rollkörper 2 neben dem eigenen Profilträger 10 noch von beiden benachbarten Profilträgern abgestützt. Durch die schwimmende Lagerung der Rollenwagen 9 können sich die Andruckrollen (7, 7a, 7b) ideal an die Rollkörper 2 anlegen. Hinsichtlich des Druckprofils über die Faserstoffbahnbreite lassen sich durch gezieltes Ansteuern der Aktuatoren 6 die Kräfte individuell einstellen. Die Krafteinleitung über die Länge der Träger 10 bleibt konstant, auch bei Durchbiegung der Träger. Die Genauigkeit und das Satinageergebnis werden vom Druck, der durch die Aktuatoren 6 aufgebracht wird, und nicht von der Lagerung bestimmt. Die Durchbiegung der Rollkörper 2 spielt nur eine geringe Rolle, da diese über die gesamte Länge von den Aktuatoren abgestützt wird. Dadurch entsteht ein gleichmäßiges Anpressbild. Die Rollkörper können dünnwandig als Rohre 12 über die gesamte Faserstoffbahnbreite und leicht, d.h. mit geringem Gewicht gestaltet werden. Sie besitzen zum Beispiel einen Durchmesser von 50 bis 400 mm, bevorzugt 100 bis 300 mm. Selbstverständlich können sie aber auch aus einem massiven Material sein.
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Die Ansteuerung der Aktuatoren 6 lässt sich auch im Regelkreis mit der Dickenkalibrierung der Bahn 5 kombinieren, wenn sie mit einem nachgeschalteten, in der Figur nicht dargestellten Dickenmessgerät für die Bahn verbunden ist. Das Kalibriersignal des Dickenmessgerätes steuert die einzelnen Aktuatoren an und regelt somit die Faserstoffbahndicke.
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Um die erforderliche Glätte zu generieren, ist häufig ein Feuchteeintrag in die oberste Papierschicht erforderlich. Zu diesem Zweck kann kurz vor oder zwischen den Rollkörpern eine exakt dosierte Wassermenge gleichmäßig aufgesprüht werden. Diese Situation ist aus Übersichtlichkeitsgründen ebenfalls nicht dargestellt, aber bekanntermaßen weicht die Feuchtigkeit die oberste Papierschicht auf und erlaubt eine saubere Glättung in diesem Bereich. Durch die größere Anzahl von Druckimpulsen mittels der Rollkörper 2 kann dieser Prozess bei nachfolgenden beheizbaren Walzen 3 wiederholt werden. Die Glätte der Oberfläche erhöht sich entsprechend.
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Ein Band 4 dient zum Schutz der Rollkörper 2 vor Verschmutzung. Es kann einteilig um alle Rollkörper 2 aber auch mehrteilig über eine Teilzahl der Rollkörper 2 angeordnet sein. Damit erhält der Kalander aus der Entfernung betrachtet ein ähnliches Aussehen wie ein herkömmlicher Bandkalander. Je nach Faserstoffbahnart braucht das Band 4 nicht immer angetrieben zu werden und läuft dann über Friktion mit der beheizbaren Walze bzw. der Papierlage mit. Oft werden aber auch die Leitwalzen 13 für das Band 4 angetrieben. Zumindest bei hoch beheizten Walzen 3 und insbesondere bei einem Bahnriss wird das Band 4 zumindest im Kriechgang angetrieben, um eine Bandüberhitzung zu vermeiden. Außerdem können Band und Aktuatoren in diesem Fall entspannt werden. Um Anhaftungen am Band 4 zu vermeiden, kann es mit einer schmutzabweisenden Schicht versehen oder geschabert werden.
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Das Band 4 kann aus Metall (z. B. Stahl oder Nickel) gefertigt und beheizbar sein. Die Dicke des flexiblen Bandes 4 beträgt dann ca. 0,2 bis 1,0 mm. Der Papiereinzug beim Anfahren erfolgt bei Verwendung eines Stahlbandes bei angelegtem Band und eingefahrener Aktuatorik. Die Rollkörper 2 sind dabei entlastet und liegen nur leicht an der beheizbaren Walze an. Die geringe Bandspannung erlaubt einen Faserbahndurchzug bei niedriger Geschwindigkeit auch bei ungleichförmiger Bahn. Die Bahn 5 läuft dabei in dem Einlaufzwickel 15a zwischen Band 4 und beheizbarer Walze 3 in die Behandlungsvorrichtung 1 ein und tritt nach der Behandlung durch den Auslaufzwickel 15b zwischen Band 4 und beheizbarer Walze 3 wieder aus.
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Wird ein Kunststoffband verwendet, muss ein Spalt zwischen Band 4 und beheizbarer Walze 3 geöffnet werden, wenn keine Faserstoffbahn 5 vorhanden ist, da das Kunststoffband nicht in direkten Kontakt mit der beheizwaren Walze 3 kommen sollte. Das Band besteht hier beispielsweise aus Kunststoff (PEEK, Polyurethan, Polyamid etc.) und ist mit Glasfasern oder Aramidfasern verstärkt.
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Gegebenenfalls ist in einigen Fällen auch eine Kombination aus einem Kunststoff- und einem Metallband vorteilhaft. Dabei kann beispielsweise eine Metallfolie, die in Kontakt mit einem Kunststoffband steht, als Wärmeträger dienen.
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Wenn eine Seitenwand 11 wie in 1 dargestellt kippbar in einem Gelenk 14 gelagert ist, kann sie zu Wartungszwecken umgeklappt werden. Damit werden beispielsweise das Band 4 oder die Andruckrollen 7 zum Wechseln leicht zugänglich.
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Ein weiterer Vorteil liegt dann vor, wenn die Rollkörper an den Seitenwänden mit großem Spiel zentriert sind. Die Zentrierelemente halten den Rollkörper beim Öffnen der Kontaktzone, so dass sie nicht herausfallen, geben aber so viel Spiel, dass der Rollkörper gegen die Bahn anpressbar bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn
- 2
- Rollkörper
- 3
- Beheizbare Walze
- 4
- Band
- 5
- Faserstoffbahn (kurz Bahn)
- 6
- Aktuator
- 7
- Andruckrolle
- 7a, 7b
- Andruckrollenpaar
- 8
- Wippe
- 9
- Rollenwagen
- 10
- Träger
- 11
- Wand
- 12
- Rohr
- 13
- Leitwalze
- 14
- Gelenk
- 15a, 15b
- Einlaufzwickel, Auslaufzwickel
- 16
- Radachse
