DE19905515A1

DE19905515A1 - Pressenanordnung

Info

Publication number: DE19905515A1
Application number: DE1999105515
Authority: DE
Inventors: Uwe Riedel; Robert Wolf
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-17

Abstract

Eine Pressenanordnung zur Behandlung einer Materialbahn wie insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn umfaßt wenigstens eine Schuhpreßeinheit 14, die ein umlaufendes flexibles Preßband 12 aufweist und mit einer bombierten Gegenwalze 16 einen Preßspalt S bildet, durch den die Materialbahn hindurchgeführt ist. Das flexible Preßband 12 der Schuhpreßeinheit 14 besitzt eine zur Bombierung der Gegenwalze 16 komplementäre Bombierung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pressenanordnung zur Behandlung einer Ma terialbahn wie insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit wenig stens einer Schuhpreßeinheit, die ein umlaufendes flexibles Preßband aufweist und mit einer bombierten Gegenwalze einen Preßspalt bildet, durch den die Materialbahn hindurchgeführt ist.

Im Vergleich zur Gegenwalze ist der Preßmantel von Schuhpressen gene rell als ein empfindliches Gebilde einzustufen. Um ihn beim Lauf durch den Preßnip oder -spalt möglichst wenig zu verzerren, wird die Gegenwalze des Preßmantels nicht oder nur sehr wenig bombiert. Häufig wird auch der Preßmantel selbst geringfügig konvex, d. h. positiv bombiert. In soge nannten Duozentrinipcoflexpressen muß deshalb die Saugpreßwalze so stark bombiert werden, daß äußerst unharmonische Abrollumfänge ent stehen und mit der Nipco-F-Walze im ersten Preßspalt keine ebene Preß kraftverteilung mehr erzielt werden kann. Die heute übliche Art der positi ven Bombierung des Preßmantels muß als physikalisch falsch angesehen werden.

Preßmäntel von Schuhpreßwalzen, die eine bombierte Gegenwalze besit zen, werden derzeit entweder gar nicht bombiert oder mit einer Bombie rung versehen, die dasselbe Vorzeichen wie die Bombierung der Gegen walze besitzt. Von Nachteil ist hierbei, daß Verspannungen im Preßmantel nicht verringert, sondern vergrößert werden. Diese Verspannungen brin gen Schubverformungen und -spannungen im Preßspalt mit sich. Über dies kann nicht ausgeschlossen werden, daß es beim Überschreiten der Stabilitätsgrenze zu einem Ausbeulen und sogar zur Zerstörung des Preßmantels kommen kann.

Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Pressenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind. So sollen insbesondere harmonische Abrollverhältnisse in den ersten beiden Preßspalten bei gleichzeitig geringer Verzerrung des Preßbandes bzw. -mantels erreicht werden. Die Verspannungen in den Preßbändern von Schuhpreßeinheiten, denen eine bombierte Gegenwalze zugeordnet ist, sollen vermieden oder zumindest verringert werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das flexible Preßband der Schuhpreßeinheit eine zur Bombierung der Gegenwalze komplementäre Bombierung besitzt.

Aufgrund dieser Ausbildung wird in dem betreffenden Schuhpreßnip oder -spalt eine Nipkinematik geschaffen, die einen verzerrungsfreien Durch lauf des Preßbandes durch den Spalt mit sich bringt. Der den bisherigen Pressenanordnungen anhaftende Nachteil einer unharmonischen Bombie rung der Saugpreßwalze kann damit vermieden werden.

Eine bevorzugte praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pressenanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß die Gegenwalze positiv bombiert ist und das flexible Preßband der Schuhpreßeinheit eine zur po sitiven Bombierung der Gegenwalze komplementäre negative Bombierung besitzt.

Von Vorteil ist zudem, wenn das bombierte Preßband der Schuhpreßein heit eine offene Oberfläche mit über die Pressenbreite gleichmäßigem Wasserspeichervermögen besitzt.

Dabei kann die nicht zylindrische Oberfläche des bombierten Preßbandes z. B. mit Blindbohrungen und/oder Rillen versehen sein, die eine in bezug auf die nicht zylindrische Oberfläche gleiche Tiefe besitzen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche des bombierten Preßbandes z. B. mit Blindbohrungen und/oder Rillen versehen sein, die zumindest teilweise eine unterschiedliche Tiefe besitzen. In diesem Fall sind die Form, die Abmessungen, die Muster und/oder die Teilung der Blindboh rungen bzw. Rillen zur Erzielung eines gleichmäßigen Wasserspeicherver mögens entsprechend auf die unterschiedlichen Tiefen abgestimmt.

Damit ist trotz der Preßbandbombierung gleichzeitig auch ein gleichmäßi ges Wasserspeichervermögen innerhalb der Preßbreite gewährleistet. Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform ist als Schuhpreßein heit eine Schuhpreßwalze vorgesehen und das flexible Preßband durch einen flexiblen Preßmantel gebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels un ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine lediglich der Definition der Bombierungshöhe und der Bombierungskurve dienende schematische Teildar stellung einer herkömmlichen Presseanordnung mit ei ner Schuhpreßwalze und einer Gegenwalze, wobei der Preßmantel der Schuhpreßwalze eine der der Gegenwal ze entsprechende Bombierung besitzt,

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung der Pressenanord nung gemäß Fig. 1 während des Pressenbetriebs,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Preß mantel und eine Gegenwalze an der Stelle x zur Erläute rung der bei einer erfindungsgemäßen Pressenanord nung zu erfüllenden Voraussetzungen und

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung einer erfindungsge mäßen Pressenanordnung während des Pressenbetriebs mit einer positiv bombierten Gegenwalze und einer Schuhpreßwalze, deren Preßmantel erfindungsgemäß mit einer zur positiven Bombierung der Gegenwalze komplementären negativen Bombierung versehen ist.

Der Grund für das Bombieren von Preßwalzen ergibt sich aus dem folgen den:
Auf jede Preßwalze wirken mehrere Lasten ein. Die Linienkräfte in den Preßnips und das Eigengewicht der Walze sind stets vorhanden. Bei einer filzumschlungenen Walze kommt die Wirkung des Filzzugs hinzu, bei ei ner Saugpreßwalze die des Unterdrucks. Infolge dieser Lasten verformt sich jede Preßwalze elastisch.

Würden alle Walzen einer Presse zylindrisch geschliffen, so würden sie wegen der von diesen Lasten herrührenden Verformungen in den Nips nicht zusammenpassen, und sie könnten keine über die Breite gleichmä ßige Pressung auf die Papierbahn ausüben. Deshalb werden Preßwalzen in der Regel bombiert, d. h. mit einem über die Preßlänge ungleichen Durchmesser ausgeführt. Die innerhalb der Preßlänge größte Abweichung des Walzendurchmessers vom Durchmesser am Walzenrand wird als Bombierungshöhe bezeichnet, der Verlauf dieser Abweichung über die Preßlänge als Bombierungskurve.

Bezüglich der Verteilung einer erforderlichen Bombierungssumme sei zu nächst ein Preßnip betrachtet, der von zwei Rohrwalzen gebildet wird. Hier ergibt sich die erforderliche Summe der Bombierungen der Walzen aus der Forderung, daß sie die Summe der Verformungen der Walze im Nip kom pensiert. Die Verteilung der erforderlichen Bombierungssumme auf die beiden Walzen ist dadurch nicht festgelegt und kann unter Berücksichti gung weiterer Ziele gewählt werden. Dabei kann z. B. gefordert sein, daß beide Walzen an jeder Stelle innerhalb der Preßlänge dieselbe Umfangsge schwindigkeit besitzen, damit im Nip keine Relativgeschwindigkeit zwi schen den Walzenoberflächen in Umfangsrichtung auftritt. Diese Forde rung läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken:

Ω_W1 (R_W1 + ½ b_W1(X)) = Ω_W2 (R_W2 + ½ b_W2 (x)) (1)

Darin bedeuten:
R_W1, R_W2 = Radius der Walze 1 bzw. 2 am Rand
b_W1(x), b_W2(x) = Bombierungskurve der Walze 1 bzw. 2, durchmesserbe zogen
Ω_W1, Ω_W2 = Winkelgeschwindigkeit der Walze 1 bzw. 2.

An den Walzenrändern sind die Werte der Bombierungskurve vereinba rungsgemäß Null. Die Forderung (1) lautet dort also:

Ω_W1 R_W1 = Ω_W2 R_W2 oder Ω_W2 = Ω_W1 R_W1/R_W2 (2)

Setzt man (2) in (1) ein, so ergibt sich:

Ω_W1 (R_W1 + ½ b_W1(x)) = Ω_W1 (R_W1/R_W2) (R_W2 + ½ b_W2(x)) (3)

Durch Umformen erhält man aus dieser Beziehung:

b_W1(x)/R_W1 = b_W2(x)/R_W2 (4)

Die erhaltene Gleichung (4) bedeutet, daß beide Rohrwalzen dieselbe Form der Bombierungskurve besitzen müssen und daß das Verhältnis der Bombierungshöhe zum (Rand-)Radius der beiden Walzen gleich sein muß. Eine solche Bombierungsverteilung wird häufig als "harmonisch" bezeich net. Abweichungen von einer harmonische» Bombierungsverteilung füh ren im Nip zu Relativgeschwindigkeiten zwischen den Walzenoberflächen in Umfangsrichtung und deshalb zu Schubbeanspruchungen von Filz und Papierbahn. Eine Gefahr für die Rohrwalzen selbst bedeutet dies jedoch nicht.

Die Unterschiede zwischen Preßmänteln und Rohrwalzen ergeben sich aus dem folgenden:
Wir ein Preßnip aus einer Rohrwalze und einer Schuhpreßwalze (z. B. einer NipcoFlex^TM-Walze) gebildet, so liegen völlig andere Verhältnisse vor. Dabei sind die folgenden Unterschiede zwischen Preßmänteln und Rohrwalzen hinsichtlich der Bombierung von besonderer Bedeutung:
Jeder Querschnitt einer Rohrwalze ist praktisch ein starrer Kreisring. Der Einfluß der Schalenbiegung ist für diese Betrachtungen vernachlässigbar klein. Die Bewegung des Kreisringes ist eine Rotation um die (ausgelenkte) Walzenachse mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit. Deshalb besit zen alle Punkte der Walzenoberfläche eines Querschnitts dieselbe Um fangsgeschwindigkeit. Von Querschnitt zu Querschnitt treten nur dann Unterschiede in der Umfangsgeschwindigkeit auf, wenn sich der Durch messer innerhalb der Preßlänge ändert. Die Winkelgeschwindigkeit ist ja für alle Rohrquerschnitte gleich.

Alle in der Praxis verwendeten Preßmäntel bestehen aus PU und einer Verstärkung. Die Verstärkung besteht aus einzeln eingebetteten Längs- und Umfangsfäden (z. B. QualiFlex^TM) oder einem eingearbeiteten Gewebe. Sie ist wesentlich dehnsteifer als das umgebende PU und wird bei einer Biegebeanspruchung des Mantels praktisch nicht gedehnt oder gestaucht. Deshalb besitzt sie innerhalb desselben Querschnitts eine konstante Ge schwindigkeit.

Die Form des eingebauten Preßmantels ist weit von einem Kreisring ent fernt. Er schmiegt sich ja im Bereich des Schuhs funktionsbedingt an die Gegenwalze an. Deshalb ändert der Preßmantel seine Form beim Eintritt in die Preßzone von konvex zu konkav. Falls der Preßmantel über der Ver stärkung eine PU-Schicht besitzt, wird diese in Umfangsrichtung ge staucht, und sie verringert ihre Umfangsgeschwindigkeit an der Oberflä che. Diese ist dann auch innerhalb desselben Querschnitts nicht kon stant.

Angesichts dieser Unterschiede darf die zuvor für ein Rohrwalzenpaar her geleitete Formel für eine harmonische Bombierungsverteilung nicht auf ein durch eine Rohrwalze und eine Schuhwalze gebildetes Paar angewen det werden.

Für die erforderliche Bombierung von Preßmänteln von Schuhpreßwalzen gilt folgendes:
Zur Erzielung einer innerhalb der Preßlänge gleichmäßigen Pressung im Nip zwischen einer Rohrwalze und einer Schuhpreßwalze sind eigentlich gar keine Bombierungen auf dem Preßmantel oder der Rohrwalze nötig, da sich der Druckschuh und der Preßmantel problemlos auch an eine ver formte Gegenwalze anpassen.

Wenn die Gegenwalze jedoch mit einer weiteren Rohrwalze einen zweiten Nip bildet (z. B. in einer sogenannten DuoZentri-NipcoFlex-Presse^TM), kann infolge des zweiten Nips eine Bombierung der Gegenwalze der Schuhpreß walze erforderlich sein. In einem solchen Fall stellt sich die Frage, wie der Preßmantel der Schuhpreßwalze bombiert werden soll.

Wenn die Gegenwalze dem Preßmantel der Schuhpreßwalze an verschie denen Stellen der Papierbahnbreite verschiedene Umlaufgeschwindigkei ten aufzwingen will, entstehen im Mantel Verspannungen. Zu solchen Verspannungen kann es insbesondere bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen kommen. Hier besitzt der mit Umfangsfäden 10' versehene Preßmantel 12' der Schuhpreßwalze 14' nämlich eine der der Gegenwalze 16' entsprechende positive Bombierung (siehe insbesonde re den in der Fig. 1a dargestellten unverformten, unmittelbar nach der Fertigung erhaltenen Preßmantel).

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten herkömmlichen Pressenan ordnung versucht die durch eine Rohrwalze gebildete Gegenwalze 16' der die Umfangsfäden 10' umfassenden Mantelverstärkung innerhalb der Preßlänge unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten aufzuprägen. Dies kann jedoch nur kurze Zeit gelingen, da sich hierbei eine zunehmende Verspannung im Mantel aufbaut. Mit dieser treten Schubverformungen und -spannungen in den zwischen Mantelverstärkung und Walze befindli chen Schichten (PU, Filz, Papier) auf, die im Nip in Laufrichtung zuneh men. In dem sich nach kurzer Zeit einstellenden Beharrungszustand sind die Schubverformungen im Nip gerade so groß, daß sie die Wirkung des Bombierungsfehlers ausgleichen.

Die Schubverformungen und -spannungen sind um so größer, je größer die Abweichung der Mantelbombierung von der erforderlichen Bombierung ist. Es liegt auf der Hand, daß es beim Überschreiten der Stabilitätsgrenze zu einem Ausbeulen oder sogar zu einer Zerstörung des Preßmantels kommen kann.

Diese Schubverformungen und Verspannungen lassen sich vollständig vermeiden, wenn der Verstärkung des Preßmantels im Preßnip an jeder Stelle innerhalb der Preßlänge dieselbe Geschwindigkeit aufgezwungen wird. Wie sich insbesondere anhand der Fig. 3 ergibt, ist dies genau dann der Fall, wenn die Bombierung eines betreffenden Preßmantels 12 das negative Abbild der Bombierung einer zugeordneten Gegenwalze 16 ist. Die Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Preß mantel 12 und eine Gegenwalze 16 an der Stelle x. In der Preßzone läuft der Preßmantel 12 um, als sei er Bestandteil der Gegenwalze 16. Deshalb gilt:
Abstand R_F der Umfangsfäden 10 vom Mittelpunkt der Gegenwalze 16:

R_F(x) = R_W + b_W(x)/2 + b_M(x)/2 + t (5)

Geschwindigkeit v_F der Umfangsfäden 10:

v_F(X) = ΩR_F(X)
= Ω{R_W + b_W(x)/2 + b_M(x)/2 + t} (6)

Für die erforderliche Bombierung des Preßmantels 12 gilt somit, daß für einen verspannungsfreien Lauf des Mantels die Geschwindigkeit v_F der Umfangsfäden 10 an allen Stellen x genauso groß sein muß wie am Rand:

v_F(x_Rand) v_F(x) (7)

d. h.

Ω{R_W + b_W(x_Rand)/2 + b_M (x_Rand)/2 + t} = Ω{R_W + b_W(x)/2 + b_M (x)/2 + t} (8)

woraus folgt:

b_M(x) = -b_W(x) (9)

Daraus ergibt sich, daß für eine möglichst umfassende Vermeidung von Schubverformungen und -spannungen die Bombierung des Preßmantels 12 soweit wie möglich dem negativen Abbild der Bombierung der Gegen walze 16 entsprechen muß. Diese Überlegungen sind bisher nicht berück sichtigt worden. Die Preßmäntel wurden bisher nur in einigen Fällen mit einer kleinen Bombierung versehen, die dann auch noch das falsche Vor zeichen besaß (vgl. die Fig. 1 und 2).

Fig. 4 zeigt nun in schematischer Teildarstellung eine erfindungsgemäße Pressenanordnung mit einer positiv bombierten Gegenwalze 16 und einer Schuhpreßwalze 14, deren wieder mit Umfangsfäden 10 versehener Preß mantel erfindungsgemäß mit einer zur Bombierung der Gegenwalze 16 komplementären negativen Bombierung versehen ist.

Mit dieser dem negativen Abbild der Walzenbombierung soweit wie mög lich angenäherten Bombierung des Preßmantels 12 werden die bisher auftretenden Verspannungen des Preßmantels auf ein Minimum reduziert. Es ist somit praktisch ausgeschlossen, daß es im Nip noch zu nennens werten Schubverformungen und -spannungen kommt und beim Über schreiten einer Stabilitätsgrenze ein Ausbeulen des Mantels auftritt oder dieser sogar zerstört wird.

Der bombierte Preßmantel 12 der Schuhpreßwalze 14 kann eine offene Oberfläche mit über die Pressenbreite gleichmäßigem Wasserspeicherver mögen besitzen. Dabei kann die nicht zylindrische Oberfläche des bom bierten Preßmantels 12 z. B. mit Blindbohrungen und/oder Rillen verse hen sein, die eine in bezug auf die nicht zylindrische Oberfläche gleiche Tiefe besitzen. Die Oberfläche des bombierten Preßmantels 12 kann aber auch mit Blindbohrungen und/oder Rillen versehen sein, die zumindest teilweise eine unterschiedliche Tiefe besitzen, wobei in diesem Fall die Form, die Abmessungen, die Muster und/oder die Teilung der Blindboh rungen bzw. Rillen zur Erzielung eines gleichmäßigen Wasserspeicherver mögens entsprechend auf die unterschiedlichen Tiefen abgestimmt sind. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als Schuhpreßeinheit eine Schuhpreßwalze 14 vorgesehen und das flexible Preßband durch einen flexiblen Preßmantel 12 gebildet. Grundsätzlich können jedoch auch an dere Schuhpreßeinheiten mit einem entsprechend bombierten Preßband vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

10

,

10

' Umfangsfäden

12

,

12

' Preßmantel

14

,

14

' Schuhpreßwalze

16

,

16

' Gegenwalze
S', S Preßspalt

Claims

1. Pressenanordnung zur Behandlung einer Materialbahn wie insbe sondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit wenigstens einer Schuhpreßeinheit (14), die ein umlaufendes flexibles Preßband (12) aufweist und mit einer bombierten Gegenwalze (16) einen Preßspalt (S) bildet, durch den die Materialbahn hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Preßband (12) der Schuhpreßeinheit (14) eine zur Bombierung der Gegenwalze (16) komplementäre Bombierung be sitzt.

2. Pressenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwalze (16) positiv bombiert ist und das flexible Preß band (12) der Schuhpreßeinheit (14) eine zur positiven Bombierung der Gegenwalze (16) komplementäre negative Bombierung besitzt.

3. Pressenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bombierte Preßband (12) der Schuhpreßeinheit (14) eine offene Oberfläche mit über die Pressenbreite gleichmäßigem Was serspeichervermögen besitzt.

4. Pressenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zylindrische Oberfläche des bombierten Preßbandes (12) mit Blindbohrungen und/oder Rillen versehen ist, die eine in Bezug auf die nicht zylindrische Oberfläche gleiche Tiefe besitzen.

5. Pressenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des bombierten Preßbandes (12) mit Blindboh rungen und/oder Rillen versehen ist, die zumindest teilweise eine unterschiedliche Tiefe besitzen, und daß die Form, die Abmessun gen, die Muster und/oder die Teilung der Blindbohrungen bzw. Ril len zur Erzielung eines gleichmäßigen Wasserspeichervermögens entsprechend auf die unterschiedlichen Tiefen abgestimmt sind.

6. Pressenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schuhpreßeinheit eine Schuhpreßwalze (14) vorgesehen und das flexible Preßband durch einen flexiblen Preßmantel (12) gebildet ist.