DE19826899B4

DE19826899B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Online-Kalandrierung von SC-A-Papier

Info

Publication number: DE19826899B4
Application number: DE19826899A
Authority: DE
Inventors: Stefan Winheim; Rudolf Dr. Mann
Original assignee: VIB Apparatebau GmbH
Current assignee: V.I.B. SYSTEMS GMBH, 63477 MAINTAL, DE
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: DE19826899A1; DE59908995D1; US6073549A; US6258214B1; DE29813663U1

Abstract

Verfahren zur Kalandrierung von SC-A-Papier mit hohem Glanz und hoher Glätte, wobei die aus der Papiermaschine kommende Papierbahn (3) online einem Superkalander (Multinip-Softkalander) (14) zugeführt wird, in dem sie zur Erzielung der gewünschten Glanz- und Glätteeigenschaften eine Vielzahl von Walzenspalten (15₁–15₁₁) durchläuft, wobei die Papierbahn (3) nach Verlassen der Trockenpartie der Papiermaschine und vor dem ersten Walzenspalt (15₁) mit Dampf nachgefeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (3) vor Eintritt in den Superkalander (14) zwischengekühlt, unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt (15₁) des Superkalanders (14) erneut mit Dampf befeuchtet und durch den Walzenspalt (15₁) geführt wird, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung entstandene erhöhte Feuchte der Oberfläche unter einen vorbestimmten Wert im Bereich von 12% bis 25% abgesunken ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalandrierung von SC-A-Papier nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Glanz und Glätte sind Kenngrößen einer Papierbahn, die nicht nur ihr Aussehen, sondern auch ihre weitere Verarbeitbarkeit beeinflussen. Für bestimmte Anwendungen sind Glanz- und/oder Glättewerte erwünscht, die möglichst gleichmäßig reproduzierbar sein sollten.

Der Glanz und die Glätte der Papierbahn werden üblicherweise dadurch erhöht, daß die Papierbahn im Anschluß an die Trockenpartie der Papiermaschine ein Glättwerk bestehend aus einem oder mehreren Walzenspalten durchläuft, wobei der Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn durch den Druck im Walzenspalt und die Temperatur der den Walzenspalt bildenden Walzen erhöht wird. Hierdurch läßt sich der Glanz und die Glätte der Papierbahn jedoch nur in begrenztem Maße beeinflussen, da bei einer zu starken Erhöhung des Druckes im Walzenspalt die Papierbahn insgesamt stark komprimiert wird und einen Volumenverlust erleidet. Hierbei besteht die Gefahr, daß die Papierbahn an Stabilität verliert. Auch einer Erhöhung der Walzentemperatur sind Grenzen gesetzt, da dieses Vorgehen sehr energieaufwendig ist. So müssen zum Erzielen von Walzentemperaturen von 200°C laufend erhebliche Energiemengen zugeführt werden, da die Walzen durch die vorbeilaufende Papierbahn ständig gekühlt werden. Es wurde, bspw. bei Silikonpapieren, daher auch bereits versucht, den Glanz und die Glätte durch die Feuchtigkeit der Papierbahn zu beeinflussen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die zugeführte Feuchtigkeit nach der Behandlung zumindest teilweise wieder entfernt werden muß, was weitere Verfahrensschritte nach sich zieht, die den zeitlichen und apparativen Aufwand bei der Papierbahnbehandlung erhöhen.

Grundsätzlich gibt es im wesentlichen zwei Arten von Glättwerken. Sog. Superkalander weisen eine Vielzahl übereinander angeordneter Walzen und dazwischen vorgesehener Walzenspalte auf, die von der Papierbahn durchlaufen werden. Durch die vielen Walzenspalten ergibt sich ein hoher Überdeckungsgrad und eine gute Verteilung der Satinagearbeit zwischen Druck und Temperatur. Superkalander sind üblicherweise offline vorgesehen, d.h., daß die aus der Papiermaschine kommende Papierbahn zunächst auf einen Tambour aufgewickelt und mit diesem zum Superkalander überführt wird, den sie dann mit einer erheblich geringeren Geschwindigkeit als der Papiermaschinengeschwindigkeit durchläuft. Die Offline-Installation hat den Vorteil, daß sich die Papierbahn vor Eintritt in den Superkalander noch ausgleichen kann, so daß im Superkalander nicht mit den durch viele Faktoren beeinflußten Bedingungen aus der Papiermaschine gearbeitet werden muß. Der Installationsbedarf ist jedoch erheblich höher. Klassischerweise weist ein Superkalander einerseits beheizte Stahlwalzen und andererseits Papierwalzen oder mit Baumwolle bezogene Walzen auf. In neuerer Zeit werden auch sog. Multinip-Softkalander eingesetzt, bei denen statt der Papierwalzen Walzen mit Polymerbezügen verwendet werden. Diese weisen ein anderes elastisches Verhalten auf als die Papierwalzen, so daß mit kleinerem Nipdruck gearbeitet werden kann.

Zum zweiten gibt es sog. Maschinen- oder Softkalander, die online an eine Papiermaschine angeschlossen sein können und daher mit Papiermaschinengeschwindigkeit durchlaufen werden. Maschinenkalander weisen aber nur wenige Walzenspalte auf, so daß mit höherem Druck und Temperatur gearbeitet und die Papierbahn entsprechend stärker beansprucht wird. Wesentlicher Nachteil der Softkalander ist, daß nicht alle Papierarten in hohen Qualitäten veredelt werden können. Insbesondere ist es nicht möglich, mit einem Softkalander online hochverdichtetes SC-A-Papier herzustellen. Bei SC-A-Papier handelt es sich um hochsatinierte, holzhaltige Naturpapiere, wobei das Kürzel A besagt, dass das Papier einen Füllstoffgehalt von 26 bis 35% aufweist. Zwar ist es in jüngerer Zeit gelungen, die Bedruckbarkeitseigenschaften eines mit 11 Walzenspalten superkalandrierten Naturtiefdruckpapieres auch mit nur vier Walzenspalten eines Softkalanders zu erreichen, doch sind hierfür relativ hohe Walzentemperaturen und Druckspannungen in den Walzenspalten erforderlich. Auch sind diese Qualitäten nur bei einem Geschwindigkeitsbereich erreichbar, der der für dieses Papier üblichen Satinagegeschwindigkeit in Superkalander entspricht. (vgl. Rothfuss, Ulrich: Inline- und Offline-Satinage von holzhaltigen, tiefdruckfähigen Naturdruckpapieren in: Wochenblatt für Papierfabrikation 1993, Nr. 11/12, Seite 457–466). Mithin können derartige Qualitäten nur bei der Offline-Installation des Softkalanders erreicht werden.

In der Veröffentlichung ROBERTSON, Rex; KUOSA, Harry; GENISOT, Tony; DÜRAUER, Rainer: Neue Generation Multinip-Kalander für mehr Veredelungspotential, in: Wochenblatt für Papierfabrikation Nr. 23/24, 1997, Seiten 1174 bis 1181 wird der gattungsgemäße OptiLoad-Kalander der Firma Valmet beschrieben, mit dem eine Online-Kalandrierung von Papier mit Qualitäten erreichbar sein soll, die bisher der Offline-Kalandrierung vorbehalten waren. Wesentlicher Gesichtspunkt des OptiLoad-Kalanders ist ein besonderer Belastungsmechanismus mit einstellbarer Eigengewichtentlastung, wodurch es möglich ist, die Walzengewichte im Stapel ganz oder teilweise zu entlasten. Auf diesem Wege kann der Gravitätsanstieg im Stapel (=Belastungswinkel) im Vergleich zu anderen Multinip-Kalandern voll oder teilweise ausgeschaltet werden. Hierzu wurden spezielle Kalanderwalzen mit konstanter Durchbiegung entwickelt. Durch Entlastung der Walzengewichte über Entlastungszylinder- und Hebearmmechanismen, die jede Walzenanordnung an den Enden stützen und deren Gewicht je nach Bedarf entlasten, wird eine Kumulation der Eigengewichte von Nip zu Nip verhindert. Die Verbesserung der Papierqualität wird somit durch eine Beeinflussung der Druckverhältnisse im Nip beeinflusst. Am Rande wird auch die Verwendung von Dampfblaskästen im Zusammenhang mit der Steuerungsmöglichkeit der Zweiseitigkeit der Papierqualität erwähnt (Seite 1180, rechte Spalte, Zeile 8 von unten), doch wird auf den Einfluss der Bahnfeuchtigkeit nicht näher eingegangen.

Aus der Veröffentlichung von GABBUSCH Udo; ROTHFUSS Ulrich: Die Zukunft der Papiersatinage – alternative Technologien. In: Wochenblatt für Papierfabrikation 1995, Nr. 11/12, S. 498 bis 506 ist es grundsätzlich bekannt, einem Kalander mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Walzenspalte online die aus der Papiermaschine kommende Papierbahn zuzuführen, um die Glanz- und Glätteeigenschaften der Papierbahn zu erhöhen. Mit diesem sogenannten Janus-Kalander sollen im Laborbetrieb auch bei Zufuhr der Papierbahn mit Papiermaschinengeschwindigkeit in dem Kalander Glanz- und Glättewerte erreicht werden, die dem gegenwärtigen SC-Finish vergleichbar seien. In der Praxis ist aber die Online-Produktion von SC-A-Papieren, die Glanzwerte von 48 bis 50 Hunter-Glanzpunkten aufweisen, bisher nicht realisiert.

Aus der Veröffentlichung ROHDE, Günter: Konstruktion und Arbeitsweise der heutigen Papiermaschinen-Glättwerte. In: Voith Forschung und Konstruktion, Heft 16 (Mai 1967), Aufsatz 21; Sonderdruck 1791 geht hervor, die Papierbahn nach der Trockenpartie der Papiermaschine durch einen oder zwei am Ende der Trockenpartie angeordnete Kühlzylinder leicht wiederzubefeuchten. Hierdurch soll die in der Trockenpartie häufig erfolgende Übertrocknung ausgeglichen und ein Trockengehalt von ca. 92% atro erreicht werden. Der erreichte Feuchteanstieg kann jedoch nur aus der Umgebungsluft stammen und somit sehr gering sein. Die Glanz- und Glätteeigenschaften des Papiers werden somit nicht wesentlich beeinflusst.

Die DE 37 41 680 A1 beschreibt einen Superkalander, bei dem die Papierbahn vor dem ersten Walzenspalt über eine Bedampfungseinrichtung befeuchtet und auch nach Durchlaufen einiger Walzenspalte durch eine weitere Bedampfungseinrichtung nachgefeuchtet wird. Das Kalanderwerk ist hierbei online an eine Papiermaschine angeschlossen. Nähere Ausführungen zu dem Feuchtegehalt oder der Feuchteverteilung in der Papierbahn vor dem ersten Walzenspalt lassen sich nicht entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Papierqualität bei der Online- Kalandrierung von SC-A-Papier zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei Papier handelt es sich um ein volumiges Fasergebilde mit unterschiedlichem Verhalten in Dickenrichtung. So könnte man sich zur Vereinfachung bei einem SC-A-Papier mit einem Stoffgewicht von ca. 50 g/m² drei übereinander angeordnete Bereiche (Schichten) vorstellen. Unter der Papieroberfläche wird hier der oberste Bereich des Papieres verstanden, d.h. bei dem erwähnten SC-A-Papier das obere Drittel der Materialbahn. Nach der Dampfaufbringung neigt die Feuchtigkeit dazu, sich über den Querschnitt der Materialbahn auszugleichen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß die Papierbahn in den ersten Walzenspalt eintritt, bevor die Feuchte der Oberfläche (oberes Drittel der Materialbahn) auf einen vorbestimmten Wert von 12% bis 25% abgesunken ist. Durch den Feuchtigkeitsgradienten zwischen der Papierbahnoberfläche und dem mittleren Bereich der Papierbahn läßt sich die Oberfläche zur Erzielung besserer Glanz- und Glätteeigenschaften im Walzenspalt stärker bearbeiten, während der mittlere Bereich der Papierbahn eine ausreichende Stabilität gewährleistet.

Damit erreicht man nicht nur eine Befeuchtung der Papierbahn, sondern erzielt gleichzeitig eine Temperaturerhöhung. Die im Dampf enthaltene Wärme überträgt sich beim Kondensieren auf die Papierbahn, so daß man durch diese Maßnahme eine Papierbahn erhält, die an der Oberfläche die notwendige Temperatur und die notwendige Feuchte aufweist. Wird nun diese Papierbahn durch den Walzenspalt geführt, beeinflußt der Walzenspalt vor allem den Oberflächenbereich der Papierbahn, während der mittlere (und untere) Bereich wesentlich weniger beeinflußt wird als bei herkömmlichen Verfahren. Im mittleren (und unteren) Bereich erfolgt daher keine nennenswerte Veränderung in Dickenrichtung. Das Volumen der Papierbahn bleibt in höherem Maße erhalten, obwohl die Oberflächenqualität deutlich verbessert wird. Die Walzen müssen weitaus weniger beheizt werden, und der Druck im Walzenspalt kann geringer als bisher gewählt werden. Dies spart erhebliche Energien. Man kann rechnerisch (Finite Elemente-Methode) oder empirisch ermitteln, wie lange es dauert, bis die Feuchtigkeit in das Innere der Bahn eindringt. Bevor dieser Zustand eintritt, ist die Bahn, genauer gesagt ihre Oberfläche, aber bereits im Walzenspalt behandelt worden. Durch die Dampfbeaufschlagung unmittelbar vor dem Eintritt der Papierbahn in den Walzenspalt ist die Oberfläche der Bahn noch auf einer relativ hohen Temperatur und weist eine relativ hohe Feuchtigkeit auf, so daß die Erhöhung von Glanz- und/oder Glätte auch bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen im Walzenspalt durchgeführt wird. Zum anderen nimmt die Bahn insgesamt keine nennenswerte Menge an Feuchtigkeit auf, so daß aufwendige Nachbehandlungen entfallen. Die zum Umformen der Oberfläche benötigten Energien werden in dem Bereich gehalten, der umgeformt, also geglättet werden soll. Die übrigen Bahnteile werden nicht oder nur in geringem Maße beeinträchtigt.

Durch die Dampfbeaufschlagung unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt des Superkalanders und damit hohen Feuchtigkeitsgehalt der Bahnoberfläche beim Durchlaufen des ersten Walzenspaltes wird eine sehr schonende Behandlung der Papierbahn erreicht, so daß die bisher vor dem Eintritt in den Superkalander notwendige starke Trocknung der Papierbahn zum Vermeiden vom Cockling nicht mehr notwendig ist.

Die Erfindung macht sich hierbei Gedanken zu Nutze, die aus der DE 43 01 023 C2 für Maschinenkalander bekannt sind. Auch dort ist bereits vorgesehen, die Papierbahn unmittelbar vor dem Walzenspalt zu bedampfen und die Papierbahn durch den Nip zu führen, bevor sich die Temperatur und Feuchte in der Papierbahn ausgeglichen haben. Die Online-Herstellung von SC- A-Papieren ist jedoch mit derartigen Maschinenkalandern nicht möglich. Es wurde nun erkannt, daß dieses für Maschinenkalander bekannte Verfahren eine so schonende Behandlung der Papierbahn erlaubt, daß die Papierbahn auch ohne die bisher übliche starke Trocknung online einem Superkalander zugeführt werden kann, wodurch eine Online-Herstellung von SC-A-Papier ermöglicht wird.

Nachdem es aufgrund des schonenden Umgangs mit der Papierbahn durch die Dampfbeaufschlagung möglich ist, dem Superkalander die Papierbahn mit höherer Ausgangsfeuchte zuzuführen, ist vorgesehen, daß die Papierbahn nach verlassen der Trockenpartie der Papiermaschine nachgefeuchtet und vor Eintritt in den Superkalander zwischengekühlt wird. Dadurch wird ein erhöhter Feuchtegehalt, d.h. bessere Verformbarkeit, der Papierbahn bei gleichzeitig gewährleistetem ausreichenden Temperaturgradienten am ersten Nip des Superkalanders ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Papierbahn durch den ersten Walzenspalt des Superkalanders geführt, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung bedingte Temperaturerhöhung im mittleren Drittel der Papierbahn das 1/e-fache der Temperaturerhöhung an der Oberfläche erreicht hat. Auch der Temperaturverlauf über die Papierbahn läßt sich rechnerisch oder empirisch ermitteln. Durch den doppelten Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten läßt sich die Glanz- und Glättebeeinflussung der Papierbahnoberfläche noch verbessern.

Zweckmäßigerweise wird die Papierbahn vor der Dampfbeaufschlagung am Superkalander gekühlt, um den Temperaturgradienten zu verstärken.

Ergänzend ist vorgesehen, daß die Temperatur der Kalander- oder Stahlwalze im ersten Walzenspalt des Superkalanders größer ist als 125°C und vorzugsweise ca. 150°C beträgt, um die hohe Feuchte der Bahnoberfläche zu entfernen. Gleichzeitig wird der Temperaturgradient und damit die Glätte- und Glanzverbesserung erhöht.

Da die Papierbahn die Trockenpartie der Papiermaschine mit einer relativ hohen Temperatur von bspw. 125°C verläßt, ist erfindungsgemäß eine Zwischenkühlung vorgesehen, mit der die Bahntemperatur vorzugsweise auf ca 30°C verringert wird.

Die Nachfeuchtung der Papierbahn nach der Trockenpartie erfolgt in Weiterbildung der Erfindung in einem Bedampfer, in dem zunächst Dampf auf die Papierbahn aufgebracht und diese dann durch einen Heizkanal mit warmer, gesättigter Luft geführt wird. Dadurch kann sich die Feuchte über den gesamten Querschnitt der Papierbahn ausgleichen. Die gesättigte Luft wird am Ende des Heizkanals wieder abgesaugt.

Da die Feuchte der Papierbahn bei jedem Durchlaufen eines Walzenspaltes im Superkalander verringert wird, ist erfindungsgemäß außerdem vorgesehen, daß die Papierbahn im Superkalander mit Dampf nachgefeuchtet wird. Die im wesentlichen die Oberfläche der Papierbahn beeinflussende Dampfbefeuchtung ermöglicht eine schonende Behandlung der Papierbahn und zusätzliche Verstärkung der Glätte- und Glanzverbesserung im Walzenspalt.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß die Feuchte der Papierbahn hinter dem bzw. den Zwischenkühlabschnitt(en) ermittelt wird, und daß die Dampfbeaufschlagung bei der Nachfeuchtung und/oder vor dem ersten Walzenspalt des Superkalanders in Abhängigkeit von den ermittelten Feuchte-Istwerten und vorgegebenen Sollwerten geregelt wird.

Ergänzend ist vorgesehen, daß der Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn nach dem Superkalander ermittelt und die Dampfabgabe in Abhängigkeit von den ermittelten Istwerten und vorgegebenen Sollwerten geregelt wird.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Online-Kalandrierung von SC-A-Papier durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.

Erfindungsgemäß schließt sich an die Bedampfungseinrichtung ein zweiter Kühlabschnitt an, um die Bahntemperatur vor dem Superkalander wieder zu verringern. Durch die Kühlung der Bahn vor dem Aufbringen des Dampfes am ersten Nip des Superkalanders wird eine ausreichende Dampfmenge zur Kondensation gebracht. Der durch die Bedampfung erzielte Feuchtigkeits- und Temperaturgradient bleibt bis zum ersten Nip erhalten, da die Bedampfung erst unmittelbar vor dem ersten Nip des Superkalanders erfolgt, so daß ein Ausgleich der Temperatur und Feuchte nicht möglich ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß hinter dem ersten Zwischenkühlabschnitt und/oder hinter dem zweiten Kühlabschnitt ein Meßrahmen vorgesehen ist, mit dem die Feuchtigkeit der Papierbahn erfaßt wird, wobei die ermittelten Meßwerte zur Steuerung der Bedampfungseinrichtung und/oder der Dampfabgabeeinrichtung herangezogen werden. Dadurch kann die Bedampfung immer an die aktuellen Gegebenheiten angepaßt werden.

Erfindungsgemäß ist ferner hinter dem Superkalander ein Meßrahmen vorgesehen, mit dem der Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn erfaßt wird, wobei die ermittelten Meßwerte zur Steuerung der Dampfabgabeeinrichtung herangezogen werden, um unerwünschte Glanz- oder Glätteänderungen unmittelbar korrigieren zu können. Ergänzend kann vorgesehen sein, daß die Temperatur der Walzen auf der Basis der ermittelten Meßwerte angepaßt wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist je eine Dampfabgabeeinrichtung auf beiden Seiten der Papierbahn vor dem ersten Walzenspalt des Superkalanders angeordnet, so daß die Verbesserungen der Glanz- und Glätteeigenschaften sowohl auf der Ober- als auch der Unterseite der Papierbahn gleichzeitig erfolgt.

Da der Wirkungsgrad der Dampfabgabeeinrichtung begrenzt ist, also nicht der gesamte abgegebene Dampf von der Papierbahn aufgenommen wird, ist insbesondere bei der zuvor beschriebenen Sandwich-Bauweise mit Dampfabgabeeinrichtungen auf der Ober- und Unterseite der Papierbahn eine Absaugung zur Abführung der übersättigten Luft vorgesehen. Ansonsten besteht die Gefahr der Tröpfchenbildung, was zu einer Beschädigung der Papierbahn führen würde.

In Weiterbildung der Erfindung sind in dem Superkalander vor weiteren Walzenspalten weitere Dampfabgabeeinrichtungen zur Nachfeuchtung der Papierbahn vorgesehen, um in erfindungs gemäßer Weise die Oberflächenverbesserungen in diesen Walzenspalten zu unterstützen.

Die Bedampfungseinrichtung, die im Anschluß an die Trockenpartie zur Nachfeuchtung der Papierbahn vorgesehen ist, weist erfindungsgemäß eingangsseitig eine Dampfabgabeeinrichtung auf, an die sich ein Heizkanal anschließt, der von der Papierbahn durchlaufen wird. Dadurch wird gewährleistet, daß sich die von der Dampfabgabeeinrichtung aufgebrachte Feuchte über den Querschnitt der Papierbahn vergleichmäßigen kann.

Dieser Vorgang wird erfindungsgemäß dadurch unterstützt, daß in dem Heizkanal warme, gesättigte Luft vorgesehen ist, die am Ende des Heizkanals wieder abgesaugt wird.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Online-Kalandrierung von SC-A-Papier.
Eine Vorrichtung 1 zur Online-Kalandrierung von SC-A-Papier weist zum einen eine Papiermaschine auf, von der in der Zeichnung lediglich der letzte Abschnitt der Trockenpartie angedeutet ist. Die nähere Ausgestaltung der Papiermaschine spielt für die Erfindung keine Rolle.
An die Trockenpartie der Papiermaschine schließt sich ein Zwischenkühlabschnitt 2 an, der von einer Papierbahn 3 durchlaufen wird, die in dem dargestellten Abschnitt zwei Saugwalzen 4, 4' und zwei Kühlwalzen 5, 5' umläuft, wobei die Temperatur der Papierbahn 3 von 125°C auf 32°C sinkt. Am Ende der Zwischenkühlabschnitts 2 weist die Papierbahn eine Feuchtigkeit von 3 bis 7% auf, die über einen Feuchtigkeits-Meßrahmen 6 erfaßt wird.
Anschließend an den Zwischenabschnitt 2 durchläuft die Papierbahn 3 eine Bedampfungseinrichtung 7, die eingangsseitig eine Dampfabgabeeinrichtung 8 und einen sich daran anschließenden Heizkanal 9 aufweist, der mit warmer, gesättigter Luft gefüllt ist. Am Ende des Heizkanals 9 ist eine Absaugung vorgesehen. Nach Durchlaufen der Bedampfungseinrichtung 7 weist die Papierbahn 3 eine Temperatur von ca. 92°C auf, d.h. die Temperatur wurde in der Bedampfungseinrichtung 7 um ca. 60°C erhöht. Gleichzeitig wurde durch die Dampfaufbringung auch die Feuchte der Papierbahn 3 erhöht.
Im Anschluß an die Bedampfungseinrichtung 7 durchläuft die Papierbahn 3 einen zweiten Kühlabschnitt 10, der hier zwei Kühlwalzen 11, 11' und eine dazwischen angeordnete Saugwalze 12 aufweist. In dem Kühlabschnitt 10 wird die Temperatur der Papierbahn 3 wieder auf ca. 32°C heruntergekühlt, wobei die Papierbahn 3 am Ende des Kühlabschnitts 10 eine Feuchtigkeit von 7 bis 11,5% aufweist. Der Feuchtegehalt der Papierbahn 3 wird über einen Meßrahmen 13 erfaßt.
Anschließend wird die Papierbahn 3 online einem Superkalander 14 zugeführt, der aus einer Vielzahl von Walzenspalten (Nips) 15 besteht, die nacheinander von der Papierbahn durchlaufen werden. Mit Superkalander wird hier ein Multinip-Softkalander bezeichnet. Jeder Walzenspalt 15 wird durch eine Polymerwalze 16 und eine Stahlwalze 17 gebildet, die auf wenigstens 125°C, vorzugsweise bis auf 150°C aufgeheizt ist.
Um die Papierbahn 3 durch die entsprechenden Walzenspalte zu führen, sind Umlenkrollen 18 vorgesehen.
Unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt 15₁ des Superkalanders 14 ist eine Dampfabgabeeinrichtung 19 vorgesehen, die insbesondere aus einem Dampfblaskasten bestehen kann, wie er in der DE 43 01 023 C2 beschrieben ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' auf der Ober- bzw. Unterseite der Papierbahn 3 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, lediglich eine Dampfabgabeeinrichtung 19 auf der Oberseite der Papierbahn 3 vorzusehen. Der Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' ist eine Absaugeinrichtung 20 zugeordnet, über die übersättigte Luft abgesaugt wird.
In dem Superkalander 14 sind vor weiteren Nips 15₂ , 15₃ , 15₄ , 15₆ , 15₇ , 15₉ weitere Dampfabgabeeinrichtungen 21 vorgesehen, über die die Papierbahn 3 nachgefeuchtet wird, um den Feuchteverlust in den Walzenspalten 15 teilweise wieder auszugleichen.
Im Anschluß an den Superkalander 14 ist ein Meßrahmen 22 vorgesehen, der den Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn 3 ermittelt.
Anstelle des in 1 gezeigten Superkalandars 14 kann auch ein sogenannter Double-Stack-Superkalander verwendet werden, bei dem zwei Gruppen von Walzenspalten hintereinander angeordnet sind, die nacheinander von der Papierbahn durchlaufen werden. Hierdurch wird die Bauhöhe des Kalanders verringert. Im übrigen bleibt die Vorrichtung 1 unverändert. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei einem Double-Stack-Kalander in gleicher Weise durchführen wie bei dem in 1 dargestellten Kalander.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beschrieben:
Die in üblicher Weise aus der Trockenpartie der Papiermaschine austretende Papierbahn 3 durchläuft zunächst den Zwischenkühlabschnitt 2, in dem ihre Temperatur auf 32°C gesenkt wird. In der anschließenden Bedampfungseinrichtung 7 wird die Papierbahn 3 befeuchtet und erwärmt. Durch den Heizkanal 9, den die Papierbahn 3 durchläuft, wird gewährleistet, daß sich die Feuchtigkeit über den Querschnitt der Papierbahn 3 vergleichmäßigt. Die Papierbahn 3 verläßt die Bedampfungseinrichtung 7 mit einer Temperatur von ca. 92°C, die aber die Glanz- und Glätteerhöhung im Superkalander 14 beeinträchtigen würde, da vor dem ersten Walzenspalt 15₁ nicht ausreichend viel Dampf kondensieren würde. Daher wird die Temperatur der Papierbahn 3 in dem zweiten Kühlabschnitt 10 wieder auf ca. 32°C gesenkt, wobei die Papierbahn eine Feuchtigkeit von ca. 7 bis 11,5% aufweist.
Mit der Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' wird nun unmittelbar vor dem ersten Nip 15₁ des Superkalanders 14 heißer, tröpfchenfreier Dampf auf die Papierbahnoberfläche aufgebracht, wobei die Dampftemperatur in der Dampfblaskammer der Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' etwa im Bereich von 102°C bis 110°C liegt, um ein Kondensieren des Dampfes auszuschließen. Die Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' wird möglichst dicht an den Walzenspalt 15₁ herangebracht, wobei die Entfernung abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Papierbahn 3 den Walzenspalt 15 durchläuft, eingestellt werden kann. Der aus der Dampfabgabeeinrichtung 19, 19' austretende Dampf breitet sich mit einem relativ gleichmäßigen Druck und einer gleichmäßigen hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 25 m/s oder mehr aus. Sobald der Dampf mit der relativ kalten Papierbahn 3 in Berührung kommt, kondensiert er, wobei er die Temperatur an der Oberfläche der Papierbahn 3 drastisch erhöht. Bei einer etwa 30°C kalten Papierbahn 3 wird die Oberfläche nach der Kondensation des Dampfes etwa 90°C heiß sein. Gleichzeitig bildet sich durch den kondensierten Dampf ein Feuchtigkeitsfilm, dessen Stärke beispielsweise im Bereich eines Tausendstelmillimeters liegt. Bei der Kondensation ergibt sich eine fast schlagartige Temperaturerhöhung der Oberfläche der Papierbahn 3, die sich aber innerhalb sehr kurzer Zeit über die Dicke der Papierbahn 3 ausgleicht, so daß die Papierbahn 3 innerhalb von Sekundenbruchteilen eine gleichmäßige Temperaturverteilung hat. Die Vergleichmäßigung der Feuchtigkeit dauert etwas länger, da die Feuchtigkeit langsamer als die Temperatur in die Papierbahn 3 eindringt. Deswegen hat die oberste Schicht (bei einem SC-A-Papier eines Stoffgewichts von ca. 50 g/m² etwa ein Drittel der Papierbahn) eine wesentlich höhere relative Feuchtigkeit als der mittlere Bereich der Papierbahn 3. Je weiter die Feuchtigkeit in das Innere der Papierbahn 3 vordringt, desto stärker nimmt die relative Feuchtigkeit ab. Bevor die Feuchte der Oberfläche (oberes bzw. bei Bedampfung von unten unteres Drittel) der Papierbahn 3 aber unter einem vorbestimmten Wert im Bereich von 12 % bis 25%, insbesondere von 16% bis 25% abgesunken ist, durchläuft die Papierbahn 3 den ersten Nip 15₁ des Superkalanders 14. Auch die Temperatur der Papierbahn 3 ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgeglichen, vielmehr sollte die durch die Dampfbeaufschlagung bedingte Temperaturerhöhung im mittleren Drittel der Papierbahn das 1/e-fache der Temperaturerhöhung der Oberfläche der Papierbahn 3 noch nicht erreicht haben.
In dem ersten Nip 15₁ des Superkalanders wird die Papierbahn 3 behandelt, indem die Oberfläche der Bahn 3, die noch die erhöhte Temperatur und Feuchtigkeit aufweist, geglättet bzw. mit erhöhtem Glanz versehen wird. Die weiter innen liegenden Bereiche der Papierbahn 3 werden durch den Walzenspalt 15₁ nicht nennenswert verändert. Anschließend durchläuft die Papierbahn 3 die weiteren Walzenspalte 15₂ bis 15₁₁ des Superkalanders 14, wobei die Papierbahn 3 vor einzelnen Nips noch durch die Dampfabgabeeinrichtungen 21 nachgefeuchtet wird, um die Glanz- und Glätteerhöhung zu verbessern.
Auf der Basis der ermittelten Meßwerte des Meßrahmens 22 und vorgegebener Sollwerte wird die Dampfabgabe durch die Dampfabgabeeinrichtungen 19, 19' und/oder 21 sowie ggf. die Heizung der Kalanderwalzen 17 gesteuert. In ähnlicher Weise dienen die von dem Meßrahmen 6 und 13 ermittelten Feuchtewerte zusammen mit entsprechend vorgegebenen Sollwerten zur Steuerung der Dampfbeaufschlagung in der Bedampfungseinrichtung 7 und der Dampfabgabeeinrichtung 19, 19'.
Mit der Erfindung wird es ermöglicht, SC-A-Papier online zu kalandrieren, wobei Glanzwerte von 48 bis 50 Hunter-Glanzpunkten (SC-A) und bei Durchführung der Nachfeuchtung und Zwischenkühlung gar 50 bis 52 Hunter-Glanzpunkten (SC-A+) erreichbar sind. Dies wird im wesentlichen durch die schonende Behandlung der Papierbahn mit hoher Feuchtigkeit und Temperatur in den Oberflächenbereichen erreicht, die es erlauben, dem Superkalander eine Papierbahn mit hoher Anfangsfeuchte zuzuführen.

1: Vorrichtung
2: Zwischenkühlabschnitt
3: Papierbahn
4, 4': Saugwalze
5, 5': Kühlwalze
6: Meßrahmen (Feuchte)
7: Bedampfungseinrichtung
8: Dampfabgabeeinrichtung
9: Heizkanal
10: Kühlabschnitt
11, 11': Kühlwalze
12: Saugwalze
13: Meßrahmen (Feuchte)
14: Superkalander
15₁–15₁₁: Walzenspalt (Nip)
16: Papierwalze
17: Stahlwalze
18: Umlenkrolle
19, 19': Dampfabgabeeinrichtung
20: Absaugeinrichtung
21: Dampfabgabeeinrichtung
22: Meßrahmen (Glanz)

Claims

Verfahren zur Kalandrierung von SC-A-Papier mit hohem Glanz und hoher Glätte, wobei die aus der Papiermaschine kommende Papierbahn (3) online einem Superkalander (Multinip-Softkalander) (14) zugeführt wird, in dem sie zur Erzielung der gewünschten Glanz- und Glätteeigenschaften eine Vielzahl von Walzenspalten (15₁ –15₁₁ ) durchläuft, wobei die Papierbahn (3) nach Verlassen der Trockenpartie der Papiermaschine und vor dem ersten Walzenspalt (15₁ ) mit Dampf nachgefeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (3) vor Eintritt in den Superkalander (14) zwischengekühlt, unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt (15₁ ) des Superkalanders (14) erneut mit Dampf befeuchtet und durch den Walzenspalt (15₁ ) geführt wird, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung entstandene erhöhte Feuchte der Oberfläche unter einen vorbestimmten Wert im Bereich von 12% bis 25% abgesunken ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (3) durch den Walzenspalt (15₁ ) geführt wird, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung bedingte Temperaturerhöhung im mittleren Drittel der Papierbahn (3) das 1/e-fache der Temperaturerhöhung an der Oberfläche erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn vor der Dampfbeaufschlagung am Superkalander (14) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stahlwalze (17) im ersten Walzenspalt (15₁ ) des Superkalanders (14) größer ist als 125°C, vorzugsweise etwa 150°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (3) nach Verlassen der Trockenpartie der Papiermaschine und vor der Nachfeuchtung auf eine Temperatur von unter 50°C, vorzugsweise etwa 30°C, gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachfeuchtung in einem Bedampfer (7) erfolgt, in dem zunächst Dampf auf die Papierbahn (3) aufgebracht und diese dann durch einen Heizkanal (9) mit warmer, gesättigter Luft geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesättigte Luft nach dem Heizkanal (9) abgesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (3) im Superkalander (14) mit Dampf nachgefeuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte der Papierbahn (3) hinter dem Zwischenkühlabschnitt (2) und/oder dem Kühlabschnitt (10) ermittelt wird, und daß die Dampfbeaufschlagung bei der Nachfeuchtung und/oder vor dem ersten Walzenspalt (15₁ ) des Superkalanders (14) in Abhängigkeit von den ermittelten Feuchte-Istwerten und vorgegebenen Sollwerten geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn (3) nach dem Superkalander (14) ermittelt und die Dampfabgabe in Abhängigkeit von den ermittelten Istwerten und vorgegebenen Sollwerten geregelt wird.
Vorrichtung zur Online-Kalandrierung von SC-A-Papier mit einer Papiermaschine mit einer Trockenpartie und einem hinter der Trockenpartie online angeordneten Superkalander (Multinip-Softkalander) (14) mit einer Vielzahl von Walzenspalten (15₁ –15₁₁ ), die von der Papierbahn (3) durchlaufen werden, wobei zwischen der Trockenpartie und dem ersten Walzenspalt (15₁ ) eine Bedampfungseinrichtung (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Trockenpartie der Papiermaschine ein Zwischenkühlabschnitt (2) vorgesehen ist, um die Temperatur der Papierbahn (3) zu verringern, daß sich an den Zwischenkühlabschnitt (2) die Bedampfungseinrichtung (7) anschließt, um die Feuchtigkeit der Papierbahn (3) zu erhöhen, und daß unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt (15₁ ) des Superkalanders (14) eine weitere Dampfabgabevorrichtung (19, 19') vorgesehen ist, so daß die durch die weitere Dampfbeaufschlagung bewirkte Temperatur- und Feuchteerhöhung der Papierbahn (3) nicht ausgeglichen ist, wenn die Papierbahn (3) den Walzenspalt (15₁ ) durchläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Bedampfungseinrichtung (7) ein Kühlabschnitt (10) anschließt, über den die Temperatur der Papierbahn (3) wieder gesenkt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Zwischenkühlabschnitt (2) und/oder dem Kühlabschnitt (10) ein Meßrahmen (6, 13) vorgesehen ist, mit dem die Feuchtigkeit der Papierbahn (3) erfaßt wird, wobei die ermittelten Meßwerte zur Steuerung der Bedampfungseinrichtung (7) und/oder der Dampfabgabeeinrichtung (19, 19') herangezogen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Superkalander (14) ein Meßrahmen (22) vorgesehen ist, mit dem der Glanz und/oder die Glätte der Papierbahn (3) erfaßt wird, wobei die ermittelten Meßwerte zur Steuerung der Dampfabgabeeinrichtung (19, 19') und/oder der Temperatur der Stahlwalze (17) im ersten Nip (15₁ ) herangezogen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Dampfabgabeeinrichtung (19, 19') auf beiden Seiten der Papierbahn (3) vor dem ersten Walzenspalt (15₁ ) des Superkalanders (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfabgabeeinrichtung (19, 19') eine Absaugung (20) zur Abführung der übersättigten Luft aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Superkalander (14) vor weiteren Walzenspalten (15₂ , 15₃ , 15₄ , 15₆ , 15₇ 15₉ ) weitere Dampfabgabeeinrichtungen (21) zur Nachfeuchtung der Papierbahn (3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedampfungseinrichtung (7) eingangsseitig eine Dampfabgabeeinrichtung (8) aufweist, an die sich ein Heizkanal (9) anschließt, der von der Papierbahn (3) durchlaufen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Heizkanal (9) warme, gesättigte Luft vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Absaugung (23) am Ende des Heizkanals (9).