DE2844051A1

DE2844051A1 - Walzenpaar fuer die druckbehandlung von papierbahnen, bzw. verfahren zu seinem betrieb

Info

Publication number: DE2844051A1
Application number: DE19782844051
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1978-10-10
Publication date: 1980-04-17
Also published as: AR220775A1; ATA595779A; GB2031115A; US4256034A; JPS5551895A; NL7907476A; AT370148B; GB2031115B; BR7906442A; FR2438706A1; SE7907434L; PL218801A1; AU5078179A; DE2844051C3; DE2844051B2; BE879317A; CA1107550A; PL125775B1; AU526818B2; NO793191L

Description

Eduard Küsters in 4l5o Krefeld

Walzenpaar für die Druckbehandlung von Papierbahnen, bzw. Verfahren zu seinem Betrieb.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzenpaar der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden Art bzw. ein Verfahren zu seinem Betrieb.

Die meisten der aus der Trockenpartie der Papiermaschine kommenden Papiere bedürfen einer Nachbehandlung zur Verbesserung ihrer Oberflächenstruktur, insbesondere wenn sie für Druck- und Schreibzwecke ver- wendet werden sollen. Die Oberflächenstruktur des Papiers ist durch seine Glätte und seinen Glanz bestimmt. Als Glätte wird die Ebenheit der Papieroberflächen bezeichnet, der Glanz ist ein Maß für die homogene optische Reflektionsfähigkeit der Papieroberfläche und wird durch die Verdichtung derselben gesteigert. Der Begriff umfaßt die ganze Skala von "hochglänzend" bis "matt".

Zur Steigerung der Glätte wird das Papier durch Glättwerke mit zusammenwirkenden harten Walzen geleitet, die das Papier einebnen. Dadurch,daß das Papier an den Stellen größerer Dicke stärker und an den Stellen geringerer Dicke weniger verdichtet wird, ergeben sich durch die Glättung ein ungleichmäßiger Glanz und bei höheren Drücken sogar dunkle Flecken im Papier. Zur Beseitigung dieser Ungleichmäßigkeiten wird das Papier nachträglich noch durch einen Kalander oder Superkalander geleitet, in dem harte und weiche Walzen zusammenarbeiten. Die weichen Walzen verdichten die Oberfläche

Ö3001fi/(K28

des Papiers. Dadurch, daß sie an der Oberfläche nicht völlig starr wie eine Metallwalze sind, können Sie sich den, durch die unterschiedliche Dichte des geglätteten Papiers gegebenen Unterschieden der Papieroberfläche anpassen und an dieser eine gleichmäßige verdichtende Wirkung ausüben. Bei dieser Wirkung spielt auch die Friktion eine Rolle. Die weichen Walzen werden im Walzspalt etwas zusammengedrückt, wobei sich ein geringer Verformungswulst bildet, weil sich die weiche Walze auf einer kurzen Strecke der harten Walze anpaßt. Die zu dem Wulst führende Verformung geht mit Verlagerungen einher, die auch Komponenten parallel zur Bahnoberfläche aufweist, so daß ein reibender oder massierender Effekt eintritt, der für die erreichbare Oberflächenwirkung von großer Bedeutung ist.

Die sogenannten weichen Walzen können etwa aus sogenannten Papierwalzen bestehen, die durch Aufeinanderschichten von runden Papierscheiben längs der Walzenachse und Zusammenpressen des Stapels in dieser Richtung hergestellt worden sind. Diese Walzen sind an ihrer Oberfläche sehr empfindlich. Jeder Fehler der Bahn drückt sich in die Oberfläche ein und verbleibt als Verformung darin, so daß zu seiner Entfernung ein Abschleifen oder längeres Einwaschen der Walze erforderlich wird.

In den Superkalandern sind 12 und mehr Walzen übereinander angeordnet, wobei sich Stahlwalzen und weiche Walzen miteinander abwechseln. Für die Erzielung des eigentlichen Oberflächeneffektes wären einige wenige Nips (Walzenspalte) ausreichend. Die weiteren Nips sind nur noch zum Ausgleich von Oberflächenfehlern des Papiers erforderlich, die durch Oberflächenfehler der ersten Walzen erzeugt worden sind.

030016/0428

-Jr-

Die große Anzahl von übereinanderliegenden Walzen führt zu einer durchaus nicht immer erwünschten starken Verdichtung des Papiers, wenn die Walzen unter ihrem Gewicht aufeinanderliegen und in den unteren Nips entsprechend hohe Liniendrücke herrschen. Wenn dies vermieden werden soll, ist eine aufwendige Einrichtung zum teilweisen Ausgleich des Walzengewichts erforderlich.

Hinzu kommt, daß Störungen im Betrieb eines Superkalanders durch Reißen des Papiers oder Faltenbildung recht häufig sind, so daß er häufiger stillgelegt werden muß. In einer solchen Stillsetzungszeit fallen aber, da die Papiermaschine als solche natürlich weiterlaufen muß, wegen der bis zu looo m/min, betragenden Arbeitsgeschwindigkeit moderner Papiermaschinen sehr große Papiermengen an, die nicht weiterverarbeitet werden können. Um diese Verluste zu vermeiden, ist es üblich, einer Papiermaschine zwei außerhalb der eigentlichen Papiermaschine befindliche Superkalander nachzuordnen, so daß bei einem Ausfall des einen die Produktion der Papiermaschine auf den anderen übergehen kann.

Der insgesamt erforderliche Aufwand für die- Oberflächenverfeinerung des hergestellten Papiers ist also ganz erheblich.

Es-ist bereits versucht worden, als weiche Walzen statt der bisher bekannten Ausführungsformen, deren Empfindlichkeit einen großen Teil des hohen Aufwands verursachte, solche mit einem arbeitenden Walzenumfang aus anderen Materialien einzusetzen. Bei diesen Versuchen wurde gefunden, daß Polyurethan Eigenschaften aufweist, die es für die Oberflächenveredlung von Papier hervorragend geeignet machen. Das Polyurethan wird in flüssiger Form auf eine Metallwalze aufgebracht und vernetzt an deren Oberfläche zu einem kompakten Überzug,

030016/042*

der für die hier in Rede stehenden Zwecke ^ine Härte ijn Bereich von etwa 60 bis 75 shore D aufweist.

Die mit derartigen Polyurethan-Überzügen erzielbaren Effekte auf dem Papier sind ausgezeichnet, insbesondere im Mattbereich. Polyurethanwalzen sind also den bisher üblichen weichen Walzen im Superkalander im Hinblick auf die erzielbare Wirkung zumindest gleichwertig, wenn nicht gar überlegen. Sie besitzen sogar eine nicht unerhebliche Glättwirkung. Ein besonders wichtiger zusätzlicher Vorteil besteht aber darin, daß das Walzenmaterial eine enorme Rückstellfähigkeit hat, so daß sich ein Oberflächenfehler, der sich beispielsweise beim Durchlauf einer harten·Stelle oder einer Doppelung der Papierbahn in die Oberfläche der Polyurethan-Walze eingedrückt hat, schon nach einem Umlauf der Walze wieder rückgebildet hat, so daß an der Walzenoberfläche nichts mehr festzustellen ist. Hierdurch wird die Oberflächenstruktur wesentlich vergleichmäßigt. Weil sich in der Oberfläche der Walze keine Fehler halten, ist es auch möglich, auf eine ganze Reihe der Walzen des Kalanders zu verzichten, die nur die Aufgabe hatten, die durch die Oberflächenfehler der weichen Walzen in die Papierbahn hineingebrachten Fehler auszugleichen. Es ist also bei der Verwendung von Polyurethan-Walzen möglich, sich auf die Walzenzahl zu beschränken, die zur Erzielung des Effektes auf dem Papier notwendig ist.

Trotz all dieser überzeugenden Vorzüge haben sich jedoch Polyurethan-Walzen für die Oberflächenveredlung von Papier bisher nur in einzelnen Fällen bei kleinen Arbeitsgeschwindigkeiten und relativ niedrigen Drücken einsetzen lassen, weil es nicht gelungen ist, die Walzen bei höhereren Arbeitsgschwindigfceiten und Liniendrücken standfest zu machen. Immer wieder stellte sich heraus, daß ganz unvermittelt an einer Stelle der Arbeitsbreite die Behandlungswirkung auf der Papierbahn nachließ und sich Zerstörungen an der Oberfläche des Polyurethans zeigten.

030016/0Λ.28

28U051 Λ-

Es sind vielfältige Bemühungen unternommen wor_T den, durch Variationen der Schichtdicke des Polyurethans und seiner Zusammensetzung dieser Erscheinungen Herr zu werden, doch sind diese Anstrengungen bisher von keinerlei Erfolg gekrönt gewesen. Walzen mit Polyurethan-Überzug konnten für Zwecke der hier in Rede stehenden Art in Produktionsmaschinen bisher nicht eingesetzt werden.

Der Anmelder hat umfangreiche Versuche unternommen, -* um dem bisher nicht beherrschbaren Fehlverhalten der Polyurethan-Überzüge für die Oberflächenveredlung von Papier auf die Spur zu kommen. Die Versuche wurden mit einer Anordnung aus zwei zusammenwirkenden Walzen ausgeführt, von denen eine eine durchbiegungssteuerbare sogenannte schwimmende Walze mit einem arbeitenden Walzenumfang aus Stahl und die andere eine konventionelle Walze mit einem Polyurethan-Überzug war.

Die mechanische Beanspruchung des· Polyurethans ergibt sich, wenn konstante Eigenschaften der bearbeiteten Papierbahn vorausgesetzt werden können,aus der Arbeitsgeschwindfekeit und dem Liniendruck. Es ist klar, daß durch die Verformung des nachgiebigen Polyurethans eine gewisse Verformungsarbeit aufgewendet wird, die in jeder Zone bei deren Durchlauf durch den Walzenspalt anfällt. Die freiwerdende Leistung hängt von der Zahl der Durchläufe, d. h. von der Arbeitsgeschwindigkeit direkt proportional ab. Die Verformungsarbeit nimmt auch mit dem Liniendruck zu, allerdings nicht proportional, weil die Verformung bei doppeltem Liniendruck nicht doppelt so groß ist, sondern irgendeinen durch die Form des Verformungswulstes bestimmten Wert annimmt.

030016/042*

Bei den Versuchen erfolgte zunächst eine Belastungssteigerung bis zur erkennbaren Verschleiß-, te rung der Behandlungswirkung auf dem Papier. Wenn dieser Punkt erreicht war, ergab sich eine wesentliche Feststellung: Die Temperatur an der Oberfläche der Polyurethan-Walze . war in diesen Fällen stets überraschend hoch. Es ergab sich, daß die Behandlungseffekte des Polyurethans auf dem Papier nur eintreten, wenn die Oberflächentemperatur des Polyurethans unterhalb 5° C liegt.

Der Versuchsstand wurde sodann mit einer hochempfindlichen Temperaturmeß- und Registrieranlage ausgerüstet, die mit Hilfe eines Infrarot-Strahlungs-Thermometers in der Lage war, Temperaturunterschiede von einem Grad in der Oberfläche der Polyurethan-Schicht berührungslos einwandfrei zu erfassen und zu registrieren. Der Meßkopf mit dem Strahlungsthermometer wurde während des Laufs ständig in Längsrichtung an der Walze hin und her geführt, so daß die Temperatur auf der ganzen Walzenoberfläche fortlaufend erfaßt werden konnte.

Diese umfassende Temperaturüberwachung zeigte, daß während des Betriebs der Polyurethan-Walze es vorkam, daß sich die Temperatur an einer bestimmten Stelle zu irgendeinem Zeitpunkt plötzlich sehr rasch, d. h. innerhalb von Sekunden ohne sichtbaren äußeren Anlaß erhöhte und in Bereiche anstieg, in denen es zu einer thermischen Zerstörung des Polyurethans kommt. Diese scheinbar willkürlichen Temperaturerhöhungen finden lokal statt, nicht etwa auf der ganzen Walzenumfangsflache gleichmäßig. Diese kann also durchaus insgesamt in dem als brauchbar erkannten Bereich unterhalb 5o° C liegen. Dennoch tritt über kurz oder lang an irgendeiner-Stelle die zu einer Zerstörung der Walze führende lokale Temperaturerhöhung ein.

030016/0428

Die Überlegungen über das Zustandekommen dieser Erscheinungen führten zu der Erkenntnis, daß die für . die Beschichtung von Walzen in Betracht kommenden vernetzten Polyurethane einen außergewöhnlich hohen Anteil der Formänderungsarbeit in Wärme umsetzen. Da Polyurethan außerdem auch noch ein schlechter Wärmeleiter ist, wird die Wärme von einer Stelle, an der eine Temperaturerhöhung eingetreten ist, nur langsam abgeführt. Entsprechend bleibt auch die durch die Wärmedehnung an der betreffenden Stelle eingetretene lokale Volumenvergrößerung zunächst bestehen. Die Stelle läuft also gewissermaßen als Ausbeulung beim nächsten Umlauf wieder in den Nip ein. Bei diesem nächsten Durchlauf durch den Nip erfährt die Stelle nun eine erhöhte Verformung, weil zunächst die Ausbeulung bis auf die alte Umfangsgestalt der Walze zurückverformt wird und dann die normale Oberflächenverformung beim Durchgang durch den Nip hinzukommt. Dies wiederum führt zu einem erhöhten Wärmeanfall an der gleichen Stelle und somit zu einer noch stärkeren thermischen Ausdehnung des Materials dort. Auf diese Weise schaukelt sich der Vorgang sehr rasch auf, bis die Oberflächentemperatur an der betreffenden Stelle Werte erreicht, die das Material nicht mehr erträgt.

Ausgangspunkt für derartige lokale Temperaturerhöhungen können die vielfältigsten Umstände sein, die sämtlich anlagebedingt und daher nicht zu vermeiden sind.

Ein Hauptgrund ist natürlich eine Unregelmäßigkeit der Papierbahn ζ. B. eine längsstreifenförmige Verdickung der Papiermasse oder eine Falte des Papiers. Die damit einhergehende lokale Verformung des Polyurethans kann, wenn sie bei mehreren Umläufen auf ein und dieselbe Stelle des Walzenmantels einwirkt, schon, als Keim für ein« nicht mehr aufzuhaltende Temperatursteigerung dienen.

30016/0421

Eine weitere Quelle dieser Erscheinungen können Ungleichmäßigkeiten im Material des Walzenmantels selbst sein. Selbst bei größter Sorgfalt der Herstellung und gründlichster Durchmischung der Komponenten, kann nicht ausgeschlossen werden, daß. sich beispielsweise an einer Stelle bei entsprechenden Konzentrationsbedingungen der Komponenten eine höhere Vernetzung des Materials und damit eine Art harter Knoten ausbildet, der nach außen nicht in Erscheinung tritt, bei der Empfindlichkeit des Materials jedoch Ursache für eine lokale Temperaturerhöhung sein kann, die sich rasch zu einem zerstörerischen Ausmaß aufschaukelt.

Eine dritte Gruppe von Einflußgrößen ist durch die Konstruktion der Walzen bedingt, insbesondere durch ihre unterschiedlichen Biegelinien. Im allgemeinen ist es in der Praxis nicht möglich, zwei identische Walzen, die keine Durchbiegung erfahren, genau einander gegenüberzusetzen. Meist weisen die Walzen unterschiedliche Biegelinien auf, so daß es Zonen höheren Druckes gibt, die Zonen geringeren Druckes benachbart sind. Dies ist besonders der Fall, wenn die Biegelinien Umkehrpunkte aufweisen. Zwar läßt sich durch Verwendung durch durchbiegungssteuerbaren Walzen wie z. B. schwimmenden Walzen, bei denen das Walzenrohr auf dem feststehenden Kern an den Enden in Lagern gehalten ist, eine weitgehende Anpassung an die Biegelinie der Gegenwalze erreichen, so daß die verbleibenden Unterschiede für die Behandlung des Papiers keine Rolle mehr spielen. Die Beanspruchung des Polyurethans ist jedoch nicht hinreichend gleichmäßig, sondern ist in den Zonen höheren Drucks größer, so daß sich dort Temperaturerhöhungen durch den in Wärme umgesetzten Anteil an der Walkarbeit ergeben, die schon zur Einleitung des bereits

03001S/042ä

erwähnten Aufschaukeins des Temperatursteigerungseffektes und dem "Durchgehen" der Temperatur Anlaß sein können.

Schließlich kann auslösendes Moment für diese Erscheinung auch eine Temperaturerhöhung sein, die nicht durch die Verformung des Walzenmantels erzeugt, sondern unmittelbar als Temperaturerhöhung in den Walzenmantel hineingebracht wird, sei es durch unterschiedliche Temperaturverhältnisse in der Trägerwalze oder in der Gegenwalze oder durch Temperaturunterschiede,· die durch in Querrichtung unterschiedliche Temperaturen der Papierbahn bzw. durch die nur teilweise überdeckung de Polyurethan-Walze mit der laufenden .Papierbahn Zustandekommen. Auch diese von außen in die Polyurethan-Schicht hineingetragenen Temperaturunterschiede führen zu einer ungleichmäßigen Wärmedehnung und zu einer Abweichung d&r Gestalt der Walze von der idealen Zylinderform, die sich beim Umlauf der Walze in der bereits geschilderten Weise verstärkt.

Es liegt also eine Summe von möglichen Inhomogenitäten vor, die in ihren Auswirkungen oder in ihrem Auftreten nicht vorhersehbar sind und das lokale Durchgehen der Temperatur auslösen können. Selbstverständlich kann'^ der Erffekt dadurch vermieden werden, daß die Belastung · der Walze durch Arbeitsgeschwindigkeit und Liniendruck " herabgesetzt wird. Dann ist aber nur ein Arbeiten bei Bedingungen möglich, die höchstens in Einzelfällen interessant sind. Die Erfindung erstrebt vielmehr, Polyurethan-Walzen in den bisher nicht zugänglichen Bereichen oberhalb 55o m/min. Arbeitsgeschwindigkeit und oberhalb 80 kp/ cm Walzenlänge Liniendruck verwenden zu können, um einen ausgeprägten Behandlungseffekt bei hohen Durchsatzgeschwindigkeiten zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Walzenpaar der dem Oberbegriff zugrundeliegenden Art in den genannten Beanspruchungsbereichen das Auftreten des lokalen

030016/0428

Durchgehens der Temperatur mit Sicherheit auch bei längeren Betriebsdauern zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in der im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Maßnahme.

Bei den umfangreichen Versuchen des Anmelders hat sich herauskristallisiert, daß eine von der Belastung abhängige Grenztemperatur existiert, unterhalb deren die Inhomogenitäten der Anordnung keine Rolle mehr spielen und das Material des Walzenmantels unter allen Bedingungen "ruhig" bleibt. Dies ist an sich eine überraschende Feststellung, denn normalerweise wäre zu erwarten, daß sich durph eine Kühlung lediglich das gesamte Temperaturniveau absenkt, daß sich aber an der grundsätzlichen Situation nichts ändert, bei der beim Auftreten einer lokalen Verformungs- oder Temperatur-Inhomogenität dort eine nicht aufzuhaltende weitere Temperatursteigerung . bis zur Zerstörung einstellt. Die Prognose würde normalerweise dahingehen, daß eine solche Steigerung dann lediglich bei einer tieferen Temperatur einsetzt und langer -braucht, bis sie in ein zerstörerisches Temperaturgebiet kommt, im Prinzip dies aber in der gleichen Weise eintritt. Das Gegenteil ist jedoch tatsächlich der Fall: Bei einer Kühlung des Walzenmaterials unter die berechnete Grenztemperatur tritt überhaupt kein lokales Ansteigen der Temperatur in unzulässige Bereiche mehr ein.

Die Temperatur muß im gesamten Polyurethan-Material unter dem angegebenen Wert liegen. Es nützt also nichts, die Walze* nur von außen zu kühlen, bis die Oberfläche gerade die erforderliche Temperatur erreicht hat. Wenn die Temperatur im Innern höher ist, beginnt die zerstörerische Temperatursteigerung dann ehen im Innern.

03001B/042S

-Λ -

Im übrigen ist die erforderlich starke Kühlung nur durch Kühlung von innen heraus, nicht aber durch reine Oberflächenkühlung des Materials zu erreichen. In allen praktischen Fällen ist also ohnehin die Temperaturverteilung im Walzenmantel so, daß die niedrigeren Temperaturen innen liegen und mit der Einhaltung der Temperatur an der Walzenoberfläche die Einhaltung im gesamten Material sichergestellt ist. Die Temperaturwerte an der Oberfläche sind bevor'zugt, weil sie sich naturgemäß am leichtesten messen lassen.

Die Temperatur des aus Polyurethan bestehenden Walzenmantels soll "im Betrieb" nicht über den Temperaturgrenzwert Tg steigen, "im Betrieb" bedeutet einen stationären Zustand, bei dem das Walzenpaar unter den für die Oberflächenveredlung von Papier angestrebten Bedingungen läuft, d. h. im Bereich eines Liniendrucks oberhalb 80 kp/ cm Walzenlänge und eine Arbeitsgeschwindigkeit oberhalb 35o m/min.

Das Kühlen von Walzen für sich genommen ist' bekannt, z. B. aus der DE-PS 563 761 und dem DE-GM 76 00 746. Mit den bisher praktizierten Kühlungen ist jedoch die bei der Erfindung erforderliche Kühlleistung nicht in die Walze hineinzubringen. Dies ist durch die erhebliche Formänderungsarbeit bedingt, die bei jeder Umdrehung der Polyurethan-Walze in Wärme umgesetzt wird. Es ist bei der Erfindung erforderlich, mit sehr leistungsfähigen Kälteaggregaten zu arbeiten, die große Mengen Kühlflüssigkeit bis auf minus 2o° Celsius und darunter abkühlen können.

Die sich aus der Formel des Anspruchs 1 ergebenden und in den Versuchen festgestellten Grenztemperaturen mögen auf den ersten Blick keine Besonderheit darstellen. In der Praxis ist es jedoch außerordentlich schwierig, im Betrieb bei den angegebenen Bedingungen diese Temperaturen zu halten.

0 1 8 / 0 4 2 S

Die erforderliche Kälteleistung ist derart, daß die gekühlte Walze, wenn sie einmal zum Stillstand kommt, durch das festfrierende Kondensat aus der Luft sofort vereist.

Auch bei laufendem Walzenpaar ist die Kondensatbildung durchaus nicht unproblematisch.'Es kann sich so viel Kondensat auf der Oberfläche der Polyurethan-Walze ansammeln, daß sich eine Art "Aquaplaning"-Effekt ergibt,ynd es nicht möglich ist, die Maschine anzufahren, wenn nicht auch die Gegenwalze einen Antrieb hat, dessen Geschwindigkeit mit der Polyurethan-Walze synchronisiert ist. Auch saugt sich eine Papierbahn beim Einführen sogleich mit auf der Walze anhaftendem Kondensat voll und verliert dabei so viel mechanische Festigkeit, daß das Anlaufen der Maschine aus diesem Grunde ein schwieriger Vorgang ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch kurzzeitige Anblasung des Walzenspalts mit warmer bzw. trockener Luft diese Schwierigkeiten überwinden ließen.

Jedenfalls treten diese Nebeneffekte in ihrer Bedeutung gegenüber der Tatsache zurück, daß es durch die Erfindung möglich ist, Polyurethan-Walzen zur Behandlung von Papierbahnen in Bereichen des Liniendrucks und der Arbeitsgeschwindigkeit einzusetzen, die bis jetzt verschlossen waren.

Nichtsdestoweniger empfiehlt es sich natürlich, die Nebeneffekte so wenig wie möglich zur Geltung kommen zu lassen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, nicht mehr als notwendig zu kühlen und die Temperatur gemäß Anspruch 2 so zu wählen, daß sie nicht mehr als 2° Celsius unter T liegt.

Hinsichtlich der Wanddicke des Polyurethans muß ein Kompromiß zwischen dem erzielbaren Behandlungseffekt und der Kühlbarkeit gefunden werden. Die Praxis hat gezeigt,

030016/0428

daß die Bemessung nach Anspruch J5 in diesem Sinne die richtige ist. Eine Wandstärke von 4- bis β mm erhält noch die hohe "Schluckfähigkeit" des Polyurethans für Fehler der Papierbahn bzw. die Rückstellfähigkeit und ist gleichzeitig so gering, daß Wärme in genügendem Ausmaß in das Innere der Trägerwalze abtransportiert werden kann. Bei dickeren Schichten wird dies wegen der schichten Wärmeleitfähigkeit des Polyurethans problematisch.

Zur Unte rStützung der Kühlung der Walze mit dem arbeitenden Walzenmantel aus Polyurethan kann es sich empfehlen, daß auch die Gegenwalze gekühlt ist, wobei es von Vorteil ist, wenn die Temperatur der Gegenwalze der Temperatur an der Oberfläche des Polyurethans im wesentlichen gleich ist, weil dann jedenfalls der Wärmetransport zwischen den Walzen auf ein Minimum abgesenkt ist.

Dabei muß natürlich dafür Sorge getragen sein, daß die Kühlung über die Länge der Gegenwalze gleichmäßig ' erfolgt, damit nicht durch die Kühlung der Gegenwalze neue Ungleichmäßigkeiten der Temperaturverteilung in die Walze mit dem Polyurethan-Mantel hineingetragen werden. Es gibt manchmal kritische Stellen auf der Walzenlänge, derentwegen die Temperatur des Walzenmantels insgesamt tiefer abgesenkt werden muß, als es wegen der übrigen Bereiche des Walzenmantels an sich notwendig wäre. Diese Stellen können durch die Maßnahme des Anspruchs 6 gezielt angegangen werden, so daß sie ihre kritischen Eigenschaften verlieren. Einrichtungen zur äußeren Ausgleichskühlung sind an sich bekannt. Es kann sich um das stellenweise Beblasen mit Luft, um das Mitlaufenlassen von schmalen gekühlten Rollen oder ähnliches handeln.

Die Erfindung verwirklicht sich auch in einem Verfahren zum Betrieb eines Walzenpaars nach den Ansprüchen 7 bis 9.

030016/OA28

Es muß also gemäß Anspruch Io mit Temperaturen der Kühlflüssigkeit gearbeitet werden, die wesentlich niedriger sind, als es bisher üblich war. Zur Erzielung eines ausreichenden Wärmeentzugs empfiehlt es sich auch, daß gemäß Anspruch 9 eine Kühlflüssigkeit mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Derartige Kühlflüssigkeiten sind im Stand der Technik bekannt.

Ein wichtiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Papiermaschine, die einen Glättkalander mit wenigstens einem Walzenpaar der in Rede stehenden Art enthält. Ein solcher Glättkalander kann in die Papiermaschine im Gegensatz zu den Superkalandern eingegliedert werden und liefert im Zuge der Produktion der Papiermaschine ein Papier, welches sogleich auch hinsichtlich des Glanzes veredelt ist. Zur Erzielung eines beidseitigen Glanz- und Glätteeffektes müssen natürlich zwei der in Rede stehenden Walzenpaars hintereinander in umgekehrter Anordnung vorgesehen sein.

Eine andere mögliche Anwendung ist die an einer Rotationsdruckmaschine. Häufig ist es wünschenswert, ein Papier vor dem Druck in seiner Oberflächenstruktur zu verbessern. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Papier langer gelagert hat und an der Oberfläche rauh oder porös geworden ist. Durch den Einsatz eines oder zweier der erfindungsgemäßen Walzenpaare kann im Zuge des Laufs der Rotationsdruckmaschine eine oberflächenmäßige Verdichtung durchgeführt werden, die den Druck klarer stehenläßt.

Derartige Anwendungen sind erst möglich geworden, weil durch die Erfindung der Einsatz von Polyurethan-Walzen bei hohen Liniendrücken und insbesondere hohen Arbeitsgeschwindigkeiten verwirklichbar ist.

030016/0428

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Walzenpaar, welches zu den Versuchen gedient hat;

Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Temperaturverteilungen im Walzenmantel;

Fig. 5 stellt die ermittelten Grenztemperaturen dar.

Das in Fig. 1 dargestellte Walzenpaar umfaßt eine als Ganzes mit Io bezeichnete Oberwalze mit einem arbeitenden Walzenmantel 1 aus Polyurethan einer Stärke von 4 bis 6 mm und eine als Ganzes mit 2o bezeichnete Gegenwalze in Gestalt einer schwimmenden Walze mit einem arbeitenden Walzenmantel 21 aus Stahl.

Die Walze Io ist eine Hohlwalze mit einem rohrförmigen Walzenkörper 2, auf den der arbeitende Walzenmantel 1 aus Polyurethan aufgebracht ist. Zur Begrenzung einer Arbeitsbreite 4 ist das Polyurethan in den äußeren Bereichen 5 auf eine geringere Wandstärke abgeschliffen. Der Walzenkörper 2 besitzt ein angetriebenes Endstück 6 mit einem Walzenzapfen 6' und ein Endstück 7 mit einem Walzenzapfen ¹J¹, durch den. hindurch die Beaufschlagung mit Kühlflüssigkeit erfolgt. Diese wird durch das Anschlußstück 8 in den Kanal 9 des Walzenzapfens 7' über und von dort durch Durchlässe 11 in den Zwischenraum 12 zwischen dem Innenumfang des Walzenkörpers 2 und dem Außenumfang "einer Trommel IJ, die den Innenraum des Walzenkörpers 2 fast ausfüllt. Die gesamte Kühlflüssigkeit muß zwangsweise den engen Zwischenraum 12 der Länge nach passieren und wird in der Nähe des Endstückes 6 durch die Durchlässe 14 und das zur Walzenachse koaxiale Rohr 15 zum Anschlußstück 8 hinaus wieder abgeführt.

Die Gegenwalze 2o umfaßt einen feststehenden Kern 22, der die Hohlwalze 21 durchgreift und Abstand zu ihr beläßt. Durch zu beiden Seiten des Kerns 22 zwischen diesem

€30016/0428

und dem Innenumfang der Hohlwalze 21 ist eine Längskamne r „ 25 abgeteilt, die mit Druckflüssigkeit füllbar ist, mittels deren die Hohlwalze 21 von innen gegen die Walze Io gedrückt werden kann. Da die Hohlwalze 21 an den Enden auf Lagern 24 am Kern 22 'abgestützt ist, kann die Druchbiegung der Hohlwalze 21 bedarfsweise eingestellt werden. Wegen des Abstandes der Hohlwalze 21 vom Kern 22 kann sich dieser innerhalb der Hohlwalze 21 durchbiegen und auf diese Weise die erforderlichen Gegenkräfte aufbringen.

In der Versuchsanordnung war ein Infrarot-Strahlungsthermometer vorgesehen, welches längs der Arbeitsbreite 4 des arbeitenden Walzenumfangs 1 aus Polyurethan hin und herbewegt wurde. Die Meßgenauigkeit dieses Thermometers lag unterhalb 1 Grad. Die Temperatur des arbeitenden Walzenmantels konnte während des Betriebs fortlaufend bestimmt und auf einem Schreiber registriert werden.

In den Fig. 2 bis 4 sind Beispiele solcher Temperaturschriebe wiedergegeben. Fig. 2 zeigt einen gleichmäßigen Temperaturverlauf längs der Arbeitsbreite 4, wie er für stabile Verhältnisse angestrebt wurde. Bei der Bewegung über das Ende der Arbeitsbreite hinaus gelangt das Thermometer ein kurzes Stück auf den abgeschliffenen Seitenbereich 5* in dem keine Formänderungsarbeit anfällt und der wegen der Kühlung eine' wesentlich niedrigere Temperatur aufweist. Dadurch kommen die nach unten weisenden Zacken zustande. Vorhandene Uhsymmetrien der Zakken hängen mit der vorhandenen Trägheit der Temperaturregistrierung zusammen.

Der Registrierstreifen läuft während der Hin- und Herbewegung des Thermometers stetig weiter. Der Ausschnitt in Fig. 2 beginnt am linken Ende mit einer Bewegung des Thermometers von links nach rechts gemäß Fig. 1 entlang der Arbeitsbreite 4. Das Thermometer gelangt über den Rand

03Q016/042B

-A7 -

der Arbeitsbreite hinaus in den Bereich 5¹' und kehrt sogleich um. Dies ist durch die linke Markierung "5¹¹" in Fig. 2 wiedergegeben. Das Thermometer bewegt sich bis zum in Fig. 1 linken Rand der Arbeitsbreite, gelangt in den Bereich 5' und kehrt erneut um, um nach Durchlaufen der Arbeitsbreite 4 erneut in den Bereich 5" zu gelangen und dort umzukehren, wie es durch die in Fig. 2 rechte Markierung "5¹¹" angedeutet ist.

Während Fig. 2 eine zulässige Temperaturverteilung darstellt, bei der die Temperatur über die Arbeitsbreite 4 um weniger als 1° variiert, zeigt Fig. 3 ein typisches Beispiel für eine Temperaturverteilung, die in kurzer Zeit zu einer Zerstörung des.Polyurethan-Belags 1 führt. Die Belastung des Walzenpaars ist, von Verhältnissen nach Fig. 2 ausgehend, gesteigert worden. Dabei hat sich durch eine ungleichmäßige Belastungsverteilung oder andere Einflüsse bedingt in der Mitte der Arbeitsbreite k ein Temperaturmaximum Jo eingestellt, welches sich in kurzer Zeit wesentlich verstärken und Temperaturen erreichen wird, die zu einer Zerstörung des Polyurethan-Materials führen.

Natürlich ist nicht bei jedem Versuch bis zur tatsächlichen Zerstörung des Walzenbelags gefahren worden. Wenn eine solche Zerstörung einige Male eingetreten ist, liegen Erfahrungen über die Gestalt von Temperaturverteilungen vor, die zu einer weiteren, nicht mehr aufzuhaltenden Steigerung an einer Stelle führen. Wenn dann eine solche Temperaturverteilung eintrat, die erfahrungsgemäß zu einer weiteren, nicht mehr aufzuhaltenden Temperatursteigerung führt , wurde die Belastung zurückgenommen. Die Temperatur des arbeitenden Walzenmantels 1 war dann zu hoch, um bei den vorhandenen Belastungen stabil zu bleiben

030016/0428

Auch Pig. 4 zeigt eine instabile Temperaturverteilung, Bei Fig. 3 war nur ein Maximum Jo in der Mitte der Arbeitsbreite 4 vorhanden. Ein solches Maximum J>o' ist auch in Fig. 4 zu erkennen, wenn auch in weniger ausgeprägter Form. Dafür ist aber zusätzlich an einem Rand der Arbeitsbreite 4 ein scharfes Maximum 4ο zu erkennen, das schon so ausgeprägt ist, daß es erfahrungsgemäß zu einem weiteren Steigen der Temperatur in diesem Bereich führen wird. Auch bei einem Auftreten eines Bildes nach Fig. 4 sind die Verhältnisse also instabil.

Auf diese Weise wurde eine Vielzahl von Versuchen gefahren und in Diagrammform aufgetragen. Beispielsweise wurde für einen bestimmten Liniendruck die mittlere Ausgangstemperatur an der Oberfläche der Arbeitsbreite 4 über der Arbeitsgeschwindigkeit eingetragen und Jeder Meßpunkt mit einer Charakterisierung "stabil" bzw. "instabil" versehen. Wenn die Temperaturverteilung über längere Zeit' das Aussehen nach Fig. 2 beibehielt, erhielt der Punkt die Charakterisierung "stabil", wenn sich aber Bilder ähnlich den Fig. 3 oder 4 einstellten, bei denen erfahrungsgemäß noch weitere Temperatursteigerungen zu erwarten sind, lautete die Charakterisierung "instabil".

Aus der Gesamtheit der Eintragungen war eine Grenzlinie erkennbar, die den Bereich der stabilen Beanspruchungen von dem der instabilen Beanspruchungen trennt.

In Fig. 5 sind derartige Grenzlinien für verschiedene Liniendrücke eingetragen. Wenn also z. B. bei dem Liniendruck P = loo und der Arbeitsgeschwindigkeit 6oo die Temperatur an der Oberfläche des Polyurethans mehr als 15° beträgt, ist der Beanspruchungszustand instabil und kommt es an irgendeiner Stelle zu einer fortschreitenden Temperatursteigerung und Zerstörung des Walzenmantels.

030016/0429

Wird aber stärker gekühlt und an der Oberfläche mit einer Temperatur unterhalb 15⁰C gefahren, so kann ein Liniendruck von loo kp/cm Walzenlänge und eine Arbeitsgeschwindigkeit von 600 m/min für beliebig lange Zeit eingehalten werden, ohne daß eine Temperaturverteilung nach Fig. 2 in unzulässigem Maß verlassen wird.

Für die Grenztemperatur T^ wurde aus den Versuchsergebnissen die Formel

2 ,_l_-^a • T- = 23 - TSS -

abgeleitet, die die Temperaturen angibt, unterhalb deren bei einem bestimmten Wertepaar (V, P) die Oberfläche des arbeitenden Walzenmantels 1 aus Polyurethan gehalten werden muß, um stabile Verhältnisse aufrechterhalten zu können.

030016/0428

Claims

Patentansprüche.

1.j Kalander für die Druckbehandlung von Papierbahnen mit mindestens einer mit Polyurethan mit einer Härte von 60 bis 75 shore D beschichteten Walze und mindestens einer Gegenwalze, dadurch gekennzeichnet, daß für die Temperatur T des Polyurethans (1) insbesondere an der Oberfläche der im Betrieb befindlichen Walze (lo) gilt:

V P ²

¹ *- ¹G " ° loo ^d

2. Walzenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß die Temperatur T nicht mehr als 2°C unter Tp liegt.

3· Walzenpaar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Walze (lo) mit mit einer gekühlten Trägerwalze (2) aus Stahl fest verbundenem Polyurethan-Mantel (1) das Polyurethan eine Wandstärke von 4 bis 6 mm aufweist.

4, Walzenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß auch die Gegenwalze (2o) gekühlt ist.

5· Walzenpaar nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Gegenwalze (2o) der Temperatur T an der Oberfläche des Polyurethans im wesentlichen gleich ist.

6. Walzenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstruktiv bedingtem, über die Länge der Walze (lo) zonenweise unterschiedlichem Wärmeanfall oder Druckverlauf eine Einrichtung zur zonenweisen äußeren Ausgleichskühlung vorgesehen ist.

7· Verfahren zum Betrieb eines Walzenpaars, dessen eine Walze einen arbeitenden Walzenumfang aus Polyurethan eine Härte im Bereich von 6o - 75 shore D aufweist und welches eine damit zusammenwirkende Gegenwalze umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (lo) so stark gekühlt wird, daß für die Temperatur T des Polyurethans insbesondere an der Oberfläche der im Betrieb befindlichen Walze (lo) gilt:

T C T25 - ² te~)

-Q

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit Kühlflüssigkeit einer Temperatur von unterhalb minus lo°C gearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüssigkeit mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der einlaufenden Papierbahn annähernd auf der Temperatur der Polyurethan-Walze gehalten wird.

030016/042·