DE19508353A1 - Kalander für die zweiseitige Behandlung einer Papierbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander für die zweiseitige Behandlung einer Papierbahn, insbesondere zur Erzeugung von tiefdruckfähigem Papier, mit einem vom Ende her belastbaren Walzenstapel, der harte Wal­ zen, zu denen die Oberwalze und die Unterwalze gehören, und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte auf­ weist, wobei ein Teil der Walzen beheizbar ist.

Kalander dieser Art sind vielfach bekannt, beispiels­ weise aus dem Prospekt "Die neuen Superkalanderkonzep­ te" der Firma Sulzer Papertec aus 1994 (Kennziffer 05/94 d). Sie dienen der abschließenden Behandlung ei­ ner Papierbahn, damit diese einen gewünschten Wert der Glätte, des Glanzes, der Dicke, des Bulk u. dgl. erhält, und sind getrennt von einer Papiermaschine aufgestellt. Die "weichen" oder elastischen Walzen tragen einen hauptsächlich aus Fasermaterial bestehenden Bezug. Die beheizbaren Walzen haben eine auf etwa 80°C begrenzte Oberflächentemperatur. Die mittlere Druckspannung in den Walzenspalten liegt im normalen Betrieb zwischen 15 und 30 N/mm², im untersten Arbeitsspalt sind auch schon etwa 40 N/mm² angewendet worden. Für einfach zu sati­ nierende Papiere, wie z. B. Schreibpapier, genügt ein Stapel mit 9 oder 10 Walzen. Für höherwertige Papiere, wie tiefdruckfähige Papiere, technische Papiere oder Verdichtungspapiere werden 12 bis 16 Walzen benötigt. Eine solche Großmaschine ist teuer und hat einen erheb­ lichen Raumbedarf.

Des weiteren sind sogenannte Kompaktkalander bekannt, bei denen eine beheizbare Walze mit einer durchbie­ gungssteuerbaren weichen Walze einen Spalt bildet und zur beidseitigen Behandlung der Papierbahn auch zwei derartige Kalander hintereinander geschaltet werden können. Hiermit lassen sich aber nur einfach zu sati­ nierende Papiere, nicht aber technische Papiere, z. B. Silicon-Rohpapiere sowie Papiere für den Tiefdruck, herstellen. Außerdem muß ein großer Teil der Verfor­ mungsenergie als Wärme zugeführt werden. Die beheizba­ ren Walzen haben daher eine Oberflächentemperatur von 160 bis 200°C. Es wird viel Wärmeenergie abgestrahlt, die durch Klimaanlagen wieder abgeführt werden muß. Weil die Walzendurchmesser festigkeitsbedingt größer als beim Superkalander sind, müssen hohe Streckenlasten aufgebracht werden, um die für ein gewünschtes Satina­ geergebnis notwendigen Druckspannungen zu erzeugen. Des weiteren sind Austauschwalzen für die elastischen Wal­ zen teuer, weil sie gleichzeitig durchbiegungssteuerbar sein sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalan­ der der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der klei­ ner sowie billiger in der Herstellung und im Betrieb ist, trotzdem aber vorzügliche Satinageergebnisse er­ möglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei gleichartige Stapel mit je 5 Walzen vorgesehen sind und daß zumindest für einen Arbeitsspalt als Be­ dingung gilt:

• a) die Spaltbreite ist so gewählt, daß die Verweilzeit mindestens 0,1 ms beträgt,
• b) die Beheizung einer den Arbeitsspalt begrenzenden beheizbaren Walze ist auf eine Oberflächentempera­ tur von mindestens 100°C ausgelegt
• c) und die Belastung der Walzen ist auf eine mittlere Druckspannung im Arbeitsspalt von mehr als 42 N/mm² ausgelegt.

Durch die Reduzierung der Stapelhöhe wird der Einfluß des Walzengewichts auf die Streckenlast vermindert. Man kann daher bei gleicher Streckenlast im untersten Spalt im obersten Eingangsspalt mit einer höheren Strecken­ last als bei den bekannten Superkalandern arbeiten. Überraschenderweise genügt es daher, die zuzuführende Verformungsenergie moderat zu steigern, um auch hoch­ wertige Papiere zufriedenstellend bearbeiten zu können. So kann die Wärmezufuhr bei Temperaturen erfolgen, die nur etwas über den bisher üblichen Temperaturen liegen und daher die Wärmeabstrahlung nur geringfügig erhöhen. Auch stehen hierfür die verschiedensten Wärmeträger zur Verfügung; es gibt keine Schwierigkeiten wie bei den hohen Temperaturen, die bei einem Kompaktkalander ange­ wendet werden müssen. Auch genügt eine relativ geringe Erhöhung der Druckspannung, die mechanisch ohne weite­ res ertragen werden kann und höchstens bei der Wahl des Bezuges der elastischen Walze zu berücksichtigen ist.

Indem beide Maßnahmen (verstärkte Beheizung und ver­ stärkte Belastung) zumindest in einem Arbeitsspalt, vorzugsweise dem untersten Arbeitsspalt, gleichzeitig angewendet werden, lassen sich außerordentlich gute Ergebnisse auch bei einem schnellaufenden Kalander und bei hochwertigen Papieren erzielen. Da der Walzenstapel eine geringere Höhe als bekannte Superkalander hat, ge­ nügen niedrigere Gebäude, was die Aufstellungskosten erheblich senkt.

Der 2 × 5-Walzen-Kalander liefert praktisch dieselben Satinierergebnisse wie ein üblicher 12-Walzen-Kalander, der bisher für die Herstellung von tiefdruckfähigen und anderen hochwertigen Papieren als notwendig angesehen wurde. Die Aufteilung in zwei Stapel hat den weiteren Vorteil, daß die Abhängigkeit der Streckenlast vom Wal­ zengewicht geringer ist, also im jeweils obersten Spalt mit einer sehr viel höheren Streckenlast als bisher gearbeitet werden kann.

Zweckmäßigerweise ist dafür gesorgt, daß zumindest für den einen Arbeitsspalt die Bedingung gilt, daß die Ver­ weilzeit höchstens 0,9 ms beträgt und daß die Beheizung auf eine Oberflächentemperatur von maximal 150°C und die Belastung auf eine mittlere Druckspannung bis zu 60 N/mm² ausgelegt ist. Es ist daher tatsächlich nur eine moderate Erhöhung der Oberflächentemperatur und der Druckspannung erforderlich.

Als bevorzugt wird angesehen, daß die Verweilzeit 0,2 bis 0,5 ms, die Oberflächentemperatur 110 bis 125°C und die mittlere Druckspannung 45 bis 55 N/mm² beträgt.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Bedingung für die Mehrheit der oder alle Arbeitsspalte gilt. Weil die erhöhten Werte gleichmäßig auf mehrere Arbeitsspalte verteilt sind, genügen sehr geringfügige Erhöhungen.

Zweckmäßig ist es auch, daß Ober- und/oder Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind. Auf diese Weise kann die Druckspannung über die gesamte Breite der Walzen ver­ gleichmäßigt werden.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, daß Ober- und Unterwalze beheizbar sind. Über diese harten Walzen läßt sich die Wärmeenergie besser zuführen als über die angrenzende weiche Walze. Dies gilt auch, wenn die Ober- und/oder Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind, weil man beispielsweise eine beheizte Druckflüssigkeit zuführen kann.

Besonders günstig ist es, daß die weichen Walzen einen Kunststoffbezug tragen. Solche kunststoffbezogenen Wal­ zen sind wesentlich besser als mit Fasermaterial bezo­ gene Walzen für den Betrieb bei erhöhter mittlerer Druckspannung geeignet. Sie erlauben einen Betrieb mit einer Druckspannung von mehr als 42 N/mm². Insbesondere sollte der Bezug auf eine Druckspannungs-Belastbarkeit bis etwa 60 N/mm² ausgelegt sein.

Dies gilt insbesondere, wenn der Kunststoffbezug im wesentlichen aus faserverstärktem Epoxidharz besteht. Ein solcher Kunststoffbezug hat eine Standzeit von we­ nigstens zwölf Wochen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stapel in-line einer Papiermaschine oder Streichmaschine an­ geordnet. Die Papierbahn kommt daher mit erhöhter Tem­ peratur, beispielsweise mit 60°C, am Einlaßspalt des Kalanders an und benötigt deshalb nur noch eine geringe Wärmezufuhr, um eine ausreichende Verformungsenergie verfügbar zu machen. Bei einem solchen in-line-Betrieb sind Kunststoffbezüge, die schon aus Gründen der höhe­ ren Druckspannung erwünscht sind, besonders geeignet, weil sie - im Gegensatz zu Bezügen aus Fasermaterial - we­ sentlich weniger gegen Markierungen empfindlich sind und daher nur selten ausgebaut und abgeschliffen werden müssen. In diesem Zusammenhang haben die aus zwei Sta­ peln bestehende Kalander den weiteren Vorteil, daß sie in höherem Maße in-line-tauglich sind, weil die laufen­ de Papierbahn in jedem Stapel nur durch eine geringere Zahl von Spalten hindurchgeführt werden muß.

Zweckmäßigerweise besitzen alle Walzen einen Antrieb. Die Papierbahn kann daher bei laufendem Kalander einge­ zogen werden, weil alle Walzen auf die gleiche Ge­ schwindigkeit gebracht werden können, ehe die Spalte geschlossen werden.

Empfehlenswert ist es auch, daß die Stapel von einer Schutzhaube abgedeckt sind, die die Wärmeabstrahlung reduziert. Ein solche Schutzhaube verringert die Wärme­ abstrahlung, so daß sich die Fabrikationshalle nicht so stark erwärmt und übermäßig klimatisiert werden muß. Umgekehrt wird die Temperatur im Innern der Haube auf einem höheren Wert gehalten, so daß die Wärmezufuhr über die Heizvorrichtung gering gehalten werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders.

Der veranschaulichte Kalander 1 weist zwei Walzenstapel 3 und 4 auf, die jeweils auf fünf Walzen bestehen. Der erste Stapel 3 weist eine beheizbare durchbiegungssteu­ erbare harte Oberwalze 5, eine weiche Walze 6, eine beheizbare harte Walze 7, eine weiche Walze 8 und eine beheizbare durchbiegungssteuerbare harte Unterwalze 9 auf. Der zweite Stapel 4 weist eine beheizbare, durch­ biegungssteuerbare harte Oberwalze 10, eine weiche Wal­ ze 11, eine beheizbare harte Walze 12, eine weiche Wal­ ze 13 und eine beheizbare durchbiegungssteuerbare harte Unterwalze 14 auf. Auf diese Weise ergeben sich im er­ sten Stapel 3 vier Arbeitsspalte 15 bis 18 und im zwei­ ten Stapel 4 vier Arbeitsspalte 19 bis 22, die jeweils durch eine harte Walze und eine weiche Walze begrenzt sind.

Eine Papierbahn 23 wird aus einer Papiermaschine 24 zu­ geführt, durchläuft jeweils von oben nach unten unter Führung von Leitwalzen 25 die Arbeitsspalte des ersten Stapels 3 und anschließend die Arbeitsspalte des zwei­ ten Stapels 4, worauf sie in einer Wickelvorrichtung 26 aufgewickelt wird. Im ersten Stapel 3 liegt die Papier­ bahn mit der einen Seite und im zweiten Stapel 4 mit der anderen Seite an den harten Walzen an, so daß beid­ seitig die gewünschte Oberflächenstruktur, beispiels­ weise Glanz oder Glätte, erreicht wird.

Wegen der direkten Verbindung des Kalanders 1 mit der Papiermaschine 24 ergibt sich ein in-line-Betrieb. Aus diesem Grund besitzt jede der Walzen 5 bis 14 einen ei­ genen Antrieb 27. Dies ermöglicht ein Einziehen der Papierbahn 23 während des Betriebes. Jede der weichen Walzen 6, 8, 11 und 13 besitzt einen Bezug 28 aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Epoxidharz. Dieser Bezug ist weniger markierungsempfindlich als ein Bezug aus Fasermaterial, so daß die für den in-line- Betrieb wesentlichen längeren Standzeiten erreicht wer­ den. Außerdem kann der Bezug mit höherer Druckspannung beaufschlagt werden. Er ist auch gegenüber höheren Tem­ peraturen beständiger als Papier. Als Beispiel hierfür wird ein Bezug aus "TopTec 4" der Firma Scapa Kern, Wimpassing/Österreich genannt.

Jedem Stapel ist eine Einheit 29 bzw. 30 eines Steuer­ geräts 31 zugeordnet. Jede der Steuereinheiten hat meh­ rere Funktionen, die nachstehend für den zweiten Stapel 4 erläutert werden. Für den Stapel 3 gilt das entspre­ chende.

• a) Über eine Leitung 32 wird die Kraft P festgelegt, mit der die Oberwalze 10 nach unten gedrückt wird, wobei die Unterwalze 14 zweckmäßigerweise ortsfest gehalten ist. Die Belastung kann auch in umgekehr­ ter Richtung erfolgen, wobei die Kraft P auf die Unterwalze 14 wirkt und die Oberwalze 10 ortsfest gelagert ist. Durch die Belastung ist auch die Druckspannung bestimmt, die in den einzelnen Ar­ beitsspalten 19 bis 22 herrscht. Diese Druckspan­ nung nimmt von oben nach unten zu, weil sich zu der Belastungskraft P jeweils noch das wirksame Gewicht der einzelnen Walzen addiert. Allerdings ist der Kraftzuwachs in jedem Stapel geringer als bei be­ kannten Superkalandern mit 9 bis 16 Walzen.
• b) Über die Leitungen 33 und 34 werden die Vorrichtun­ gen 35 bzw. 36 zum Durchbiegungsausgleich der Ober­ walze 10 und der Unterwalze 14 mit Druckmittel be­ aufschlagt. Diese Vorrichtungen sorgen dafür, daß über die Länge der Walzen eine gleichmäßige Druck­ spannung herrscht, wie dies an sich bekannt ist. Hierfür können alle üblichen Vorrichtungen verwen­ det werden, insbesondere solche, bei denen Stützel­ emente nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind und einzeln oder zonenweise mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt werden können.
• c) Die Walzen 10, 12 und 14 sind beheizbar, wie dies durch Pfeile H angedeutet ist. Die Heizenergie wird über strichpunktierte Pfade 37 bis 39 zugeführt.

Dies kann durch elektrische Beheizung, durch Strah­ lungsheizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers u. dgl. erfolgen. Eine Schutzhaube 40 dient der Wärmeisola­ tion und sorgt dafür, daß die in Folge der Behei­ zung abgestrahlte Wärme nur in geringem Maß in die Umgebung abgeführt wird.

Mit Hilfe der Kraft P wird dafür gesorgt, daß die mitt­ lere Druckspannung p in den Arbeitsspalten 15 bis 22, zumindest aber im untersten Spalt, zwischen 45 und 60 N/mm² liegt. Mit Hilfe der Beheizung H wird dafür gesorgt, daß die Oberflächentemperatur der beheizbaren Walzen 6, 8, 11 und 13 zwischen 100 und 150°C liegt. Die Durchmesser der Walzen und die Elastizität des Be­ lages 28 sind so gewählt, daß sich eine Spaltbreite von etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm, ergibt. Dies führt in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit zu Verweilzeiten t in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9 ms. Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur T nur wenig über der unteren Grenze liegt, also beispielswei­ se bei 110°C, und wenn die Druckspannung nur wenig über der unteren Grenze liegt, beispielsweise bei 50 N/mm².

Es wurde gefunden, daß die Bedruckbarkeit bei Natur- und leichtgestrichenen Papieren nicht unbedingt mit dem erzielten Glanz oder der Glätte der Papierbahn zusam­ menhängt, sondern vielmehr mit der Verdichtung bzw. deren Kehrwert Bulk (in cm³/g). Das Maß für die Be­ druckbarkeit im Tiefdruckverfahren wird dabei bestimmt durch die Anzahl der "missing dots" (fehlende Raster­ punkte im Viertel- und Halbtonbereich). Die besten Er­ gebnisse in dieser Hinsicht erhält man, wenn man in allen Arbeitsspalten dafür sorgt, daß die vorstehend angegebenen Grenzen eingehalten werden. Vielfach lassen sich die Ergebnisse der Papierbehandlung noch dadurch verbessern, daß die Walzen, insbesondere die Mittelwal­ zen in nicht veranschaulichter Weise in Hebeln gelagert sind, wobei mit Vorteil die überhängenden Gewichte durch Stützvorrichtungen kompensiert sind, wie dies aus EP 0 285 942 B1 bekannt ist.

Claims (12)

1. Kalander für die zweiseitige Behandlung einer Pa­ pierbahn, insbesondere zur Erzeugung von tiefdruck­ fähigem Papier, mit einem vom Ende her belastbaren Walzenstapel, der harte Walzen, zu denen die Ober­ walze und die Unterwalze gehören, und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer wei­ chen Walze gebildete Arbeitsspalte aufweist, wobei ein Teil der Walzen beheizbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei gleichartige Stapel (3, 4) mit je 5 Walzen (5 bis 9; 10 bis 14) vorgesehen sind, und daß zumindest für einen Arbeitsspalt (15 bis 22) als Bedingung gilt:

• a) die Spaltbreite ist so gewählt, daß die Verweil­ zeit (t) mindestens 0,1 ms beträgt,
• b) die Beheizung (H) einer den Arbeitsspalt begren­ zenden beheizbaren Walze (6, 8, 11, 13) ist auf eine Oberflächentemperatur (T) von mindestens 100°C ausgelegt
• c) und die Belastung (P) der Walzen ist auf eine mittlere Druckspannung im Arbeitsspalt von mehr als 42 N/mm² ausgelegt.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für den einen Arbeitsspalt (15 bis 22) die Bedingung gilt, daß die Verweilzeit (t) höchstens 0,9 ms beträgt und daß die Beheizung (H) auf eine Oberflächentemperatur von maximal 150°C und die Belastung (P) auf eine mittlere Druckspan­ nung bis zu 60 N/mm² ausgelegt ist.

3. Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweilzeit (t) 0,2 bis 0,5 ms, die Oberflächentemperatur (T) 110 bis 125°C und die mittlere Druckspannung (p) 45 bis 55 N/mm² be­ trägt.

4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung für die Mehrheit der oder alle Arbeitsspalte (15 bis 22) gilt.

5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und/oder Unterwalze (5, 9; 10, 14) durchbiegungssteuerbar sind.

6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und Unterwalze (5, 9; 10, 14) beheizbar sind.

7. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Walzen (6, 8, 11, 13) einen Kunststoffbezug (28) tragen.

8. Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffbezug (28) auf eine Druckspan­ nungs-Belastbarkeit bis 60 N/mm² ausgelegt ist.

9. Kalander nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoffbezug (28) im wesentli­ chen aus faserverstärktem Epoxidharz besteht.

10. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel in-line einer Pa­ piermaschine (24) oder Streichmaschine angeordnet sind.

11. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Walzen (5 bis 14) einen Antrieb (27) besitzen.

12. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel (3, 4) von einer Schutzhaube (40) abgedeckt sind, die die Wärmeab­ strahlung reduziert.