DE29924891U1

DE29924891U1 - Walze für Streichmaschinen

Info

Publication number: DE29924891U1
Application number: DE29924891U
Authority: DE
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2009-11-11

Abstract

Walze für Streichmaschinen zum ein- oder beidseitigen, direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, wobei
a) der Walze (1, 2) ein Auftragsaggregat (A₁, A₂) zugeordnet ist
b) die Walze (1, 2) bei direktem Auftrag die Warenbahn (5) führt
c) die Walze (1, 2) bei indirektem Auftrag das Auftragsmedium empfängt und in einem Pressnip (N), der zwischen der Walze (1, 2) und einem Gegenelement (2, 1) besteht, auf die Warenbahn (5) überträgt
d) die Walze (1, 2) einen Kern (15) aufweist, dessen Außenmantel mit einem Bezug (3a), bestehend aus einem Elastomerwerkstoff, versehen ist
gekennzeichnet dadurch, dass
e) der Bezug (3a) kompressibel gestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze für Streichmaschinen zum ein- oder beidseitigen, direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton.
Eine derartig bekannte Walze weist entweder einen hohlzylindrischen oder einen vollen Kern auf und besteht aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff. Der Außenmantel des Kernes ist mit einer Elastomerschicht, bestehend aus Gummi, Polyurethan oder ähnlichem Material, versehen.
Einer solchen Walze ist ein geeignetes Auftragswerk zugeordnet und wird in der online- oder offline-Streichmaschine bei der Papierherstellung oder -Veredelung eingesetzt.
Beim direkten Auftragen stellt die Walze ein Gegenelement zum Stützen und Führen der laufenden Warenbahn dar. Auf die US 3,701,335 soll hierbei verwiesen werden. Eine, mit einer Rollrakel zusammenwirkende, Streichwalze besteht aus einem metallischen Kern, der zwei elastomere Außenschichten von unterschiedlicher Dicke und Härte aufweist. Diese Schichten sind inkompressibel.
Beim indirekten Auftragsverfahren wird dagegen das flüssige oder pastöse Medium auf die Oberfläche der Walze (Auftragswalze) aufgebracht, wobei die Walze nachfolgend das Medium in einem Press-Spalt (Nip) auf die, den Nip durchlaufende Warenbahn überträgt. In der Praxis wird diese Einrichtung zum Beispiel als Filmpresse, Speedsizer oder Speedcoater bezeichnet.
Auch hierbei werden gegenwärtig dazu gummierte bzw. mit Polyurethan oder ähnlichem Material beschichtete Auftragswalzen eingesetzt. Diese sogenannten Vollelastomerwalzen werden, wie bereits erwähnt, zwecks Nipbildung mit einer defi nierten Belastung gegeneinander gedrückt und platten sich dadurch ab, so dass sich um einen Betrag „a" ein verbreiteter Nip ergibt. Durch diesen verbreiterten Nip wird eine verbesserte Übertragung des Mediums erreicht.
Ein solch breiter Nip führt in vorteilhafter Weise auch zu einer gewissen Entwässerung des flüssigen Mediums und erlaubt damit zumeist höhere Strichaufträge als bei „schärferem" Nip.
Der die Vorteile aber überwiegende Nachteil des Vollelastomers ist jener, dass es auf Grund seiner Inkompressibilität (Volumenkonstanz) insbesondere vor und nach dem Nip zu einer Wulstbildung in Folge der Verdrängung des Elastomermaterials kommt. Derselbe negative Effekt tritt auch beim Anpressen eines Rakelelements an die, als Gegenwalze ausgebildete, die Warenbahn führende Walze auf.
Die Wulstbildung ist dabei vor dem Nip größer als jene nach dem Nip und kann dadurch bereits die in den Nip einlaufende Warenbahn schädigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu schaffen, mit der eine die Warenbahn schädigende Wulstbildung verminderbar oder sogar vermeidbar ist und daher für bessere Auftragsergebnisse sorgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichketten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen 2–12 entnehmbar.
Anstelle des bisher verwendeten inkompressiblen Vollelastomers ist erfindungsgemäß ein kompressibler, aber dennoch elastischer Bezug für die Walze vorgesehen. Besonderes geeignet ist die Erfindung für Auftragswalzen beim indirekten Auftragen eines Auftragsmediums, weil hier die eingangs beschriebene verbreiterte Nipwirkung eintritt.
Die Kompressibilität wird erreicht, indem der Bezug, insbesondere die Zwischenschicht, ein an sich bekanntes Elastomer enthält, in das Hohlräume, in Form von kleinen Gasbläschen, eingebracht sind. Diese Hohlräume können offenzellig (z. B. PU-Schaum) oder auch geschlossen sein.
Die Hohlräume können beispielsweise durch Aufschäumen des als Bezugsschicht vorgesehenen Materials hergestellt sein. Diesem Material können dazu solche pulverförmigen Stoffe wie, NaHCO₃, zugegeben werden, die beispielsweise beim Vulkanisieren gasförmig werden und so zum Aufschäumen führen. Bei Poyurethan (PU) erfüllen auch Wassermoleküle diesen Zweck. Zweckmäßig hinsichtlich der Herstellungskosten ist es, wenn das Aufschäumen des Elastomers während der Vernetzung am Walzenkern vorgenommen wird.
Äußerlich stellt sich der erfindungsgemäße Walzenbezug als sehr glatt und ebenmäßig dar, da die eingeschlossenen Hohlräume nur sehr klein sind und so nicht zu Markierungen der Warenbahn führen können.
Es versteht sich, dass je gleichmäßiger über die Länge der Walzen bzw. der Warenbahn die Hohlräume angeordnet sind, desto gleichmäßiger auch ihre Kompressibilität ist. Um so besser sind auch die positiven Auswirkungen auf die Oberfläche des gestrichenen oder imprägnierten Papiers.
Neben der geringen Papierbeanspruchung wird dadurch auch die Geometrie am Nipauslauf beim indirekten Auftragen günstig beeinflusst. Durch den weitgehenden Wegfall der eingangs beschriebenen Wülste ist die Trennung der Walzen und damit der Bahnabzug besser definiert.
Folgendes soll noch angemerkt werden:
Insbesondere bei hohen Laufgeschwindigkeiten der Warenbahn (die heutzutage über 2000 m/min, betragen können) kommt es beim indirekten Auftragen nach der Auftragsstelle im Nip, insbesondere dort, wo die Warenbahn von der Oberfläche der Auftragswalze abhebt, zur Bildung eines Auftragsmedium-Sprühnebels. Die diesen Sprühnebell bildenden Auftragsmedium-Partikel können sowohl noch flüssige als auch pastöse Tröpfchen von Auftragsmedium sein sowie auch bereits getrocknete Teilchen des Auftragsmediums enthalten.
Um verhindern zu können, dass die Auftragsmediumpartikel des Sprühnebels sich wieder auf der frischen Auftragsschicht niederschlagen, ist bereits in der DE 198 00 955 vorgeschlagen worden, in Laufrichtung nach der Auftragsstelle, (also nach dem Nip) eine Auffangvorrichtung oder eine Abzugsvorrichtung oder dergleichen anzuordnen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Walzenbezuges kann auf diese genannten Einrichtungen verzichtet werden, weil in überraschender Weise weniger bzw. gar kein Nebel beim Bahnablösen auftritt, was als weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. Für gleiche Bauteile wurden in den Figuren gleiche Bezugszeichen gewählt.
1 zeigt: schematisch dargestellt den Stand der Technik anhand von Auftragswalzen, die im Nip Wülste bilden
2 zeigt: ebenfalls schematisch dargestellt erfindungsgemäße Auftragswalzen ohne Wulstbildung
3 zeigt: einen mehrlagigen Aufbau des erfindungsgemäßen Walzenbezugs aus 2.
4 zeigt: einen einlagen Aufbau des erfindungsgemäßen Walzenbezugs aus 2.
5 zeigt: die schematische Seitenansicht einer Streicheinheit mit eingebauten erfindungsgemäßen Auftragswalzen.
In 1 ist ein Auftragswalzenpaar mit zugeordneten bekannten Auftragsaggregaten A nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Laufrichtung der Walzen ist mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet. Die beiden Walzen 1 und 2 weisen einen zwar elastischen aber inkompressiblen Walzenbezug 3 z. B, aus Vollgummi auf.
Die auf beide Walzen aufgebrachte Anpresskraft F₁ und F₂ führt bei dem eingesetzten Material dazu, dass sich zum einen in vorteilhafter Weise der Nip N₁ um den Betrag „a" und „a'" vergrößert und so für eine lange Penetrationsphase des Mediums in die Bahn sorgt, wobei a größer als a' ist. Zum anderen bilden sich aber Nip – einlaufseitige Wülste W_E und auslaufseitige Wülste W_A aus, die in unerwünschter Weise hervorstehen und so zu Bahnschädigungen (höhere Reibungskräfte, Dehnung der Materialbahn, usw.) und zu ungleichmäßigem Auftrag des Mediums auf die Warenbahn 5 führen können, da die Wülste über die Breite der Warenbahn bzw. der Walze gesehen, nicht sicher gleich groß verlaufen.
In der 1 ist mit 6 noch entstehende Farbnebelbildung am Nipauslauf dargestellt deren negative Wirkungen bereits beschrieben wurden.
Die 2 zeigt die Verhältnisse im Nip von Auftragswalzen 1 und 2, bei der Verwendung für das indirekte Auftragen, wobei die Auftragswalen 1 und 2 die einen kompressiblen Bezug bzw. eine kompressible Schicht 3a aufweisen. Die Kompressibilität dieses Bezuges ermöglicht einen erwünschten breiten Nip N₂ ohne Wülste W_A und W_E und ohne „Nebeln" des Mediums.
Den Aufbau des kompressiblen Walzenbezuges 3a, gemäß 2, zeigt die 3 und 4.
Der Bezug 3a im gewählten Beispiel gemäß 3 weist bei dieser Variante einen mehrlagigen Aufbau auf, bestehend aus einer Außenlage, einer sogenannten Funktionsschicht 10 und einer unteren Lage, der Zwischenschicht 12, die auf dem Walzenkern 15 der Auftragswalze 1 und/oder 2 aufgebracht ist.
Anzumerken ist, dass der Walzenkern 15 aus Metall, einem faserverstärktem Kunststoff z. B. CFK (Kohlefaser) oder einem anderen geeigneten Material besteht. Er ist aus Vollmaterial gefertigt oder besteht aus einem Hohlzylinder. Um die Haftfähigkeit zwischen dem Walzenkern 15 und dem Bezug 3a sicherzustellen bzw. zu verbessern ist der Außenmantel des Walzenkernes mit einer Bindeschicht 13 z. B. einem Haftanstrich versehen.
Als Funktionsschicht 10 ist ein Vollelastomerwerkstoff mit bevorzugt geschlossenen Poren gewählt. Die Dicke d_F der Funktionsschicht 10 sollte zwischen 1 mm und 15 mm betragen, wogegen die Lage 12 kompressibel durch eingebrachte Hohlräume 8 ausgestaltet ist. Die Hohlräume können bei Verwendungen der Zwischenschicht im mehrlagigen Bezug bis zu 2 mm Durchmesser aufweisen. Die Hohlräume sollten aber bei Verwendung der Schicht 12 für einen einlagigen Bezug (siehe 4) kleiner als 30 μm im Durchmesser, vorzugsweise aber 0,5 bis 5 μm, sein, da die Schicht 12 bei diesem Anwendungsfall gleichzeitig die Funktionsschicht darstellt.
Die Dicke d_K (Dicke der komprimierbaren Schicht) 12 sollte zwischen 1 mm und 50 mm, bevorzugt aber 5 mm und 25 mm, und eine Härte von 1 bis 300 P & J (Pussey & Jones Hardness), bevorzugt 20 bis 150 P & J betragen. Die niedrigeren Werte sollten dann angewendet werden, wenn die robuste Funktionsschicht 10 zusätzlich vorhanden ist, z. B. wenn eine Penetration (zum Beispiel bei Liner, Verpackungspapieren) gewünscht wird.
Je nach den geforderten Verhältnissen im Nip wird der ein- oder mehrlagige Bezug 3a mit entsprechenden Dicken so ausgewählt, dass Linienkräfte F₁ und F₂ (siehe 2) gemäß der Bedingung: 1 kN/m < F₁ = F₂ < 100, vorzugsweise 40 kN/m, und/oder eine Flächenpressung im Nip von 0,01 bis 2 N/mm², vorzugsweise 0,05 bis 0,5 N/mm² und/oder eine Niplänge N von 20 bis 200 mm, vorzugsweise 30 bis 150 mm erreichbar sind.
Diese Werte garantieren optimale Nipverhältnisse und damit eine bessere Qualität des Auftrages auf der Warenbahn.
In der 5 ist ein Anwendungsbeispiel für das indirekte Auftragen mit erfindungsgemäßen Auftragswalzen dargestellt.
Die laufende Warenbahn 5 verlässt einen Trockenzylinder 6 einer Trockengruppe und wird danach einem sogenannten Speedsizer, bestehend aus den zwei miteinander den Pressnip N bildenden Auftragswalzen 1 und 2 zur beidseitigen Behandlung mit einem Auftragsmedium zugeführt.
Die Auftragswalzen 1 und 2 sind hierbei mit dem kompressiblen Bezug 3a, einschließlich Hohlräume 8, versehen.
Jeder Auftragswalze ist ein entsprechendes Auftragsaggregat A₁ und A₂ für das indirekte Beschichten zugeordnet.
Bei nur einseitigem Auftrag (nicht in 5 dargestellt) ist beispielsweise die Walze 1 die Auftragswalze mit dem kompressiblen Bezug 3a, auf die das Auftragswerk A₁ wirkt und die Walze 2 ist dann die bahnstützende Gegenwalze. in diesem Fall könnte auch nur die Auftragswalze 1 auf ihrem Mantel die kompressible Schicht 3a aufweisen.
Bei ebenfalls nicht in 5 dargestelltem direkten Auftrag wäre die Walze 2 als Gegenwalze ausgebildet und mit kompressiblem Bezug 3a versehen. Die Walze 1 würde bei dieser Variante entfallen und das Auftragswerk A₁ mit einem Rakelelement zur Egalisierung und/oder Fertigdosierung der aufgetragenen Strichmenge dafür an diese Position rücken.
Nachfolgend und ebenfalls nicht mehr in der 5 dargestellt, können sich weitere Behandlungsschritte der Materialbahn 5, wie kontaktlose Trocknung, Trockengruppen und weitere Beschichtungsstationen, sowie Glätteinrichtungen, anschließen.

Claims

Walze für Streichmaschinen zum ein- oder beidseitigen, direkten oder indirekten Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Warenbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, wobei a) der Walze (1, 2) ein Auftragsaggregat (A₁, A₂) zugeordnet ist b) die Walze (1, 2) bei direktem Auftrag die Warenbahn (5) führt c) die Walze (1, 2) bei indirektem Auftrag das Auftragsmedium empfängt und in einem Pressnip (N), der zwischen der Walze (1, 2) und einem Gegenelement (2, 1) besteht, auf die Warenbahn (5) überträgt d) die Walze (1, 2) einen Kern (15) aufweist, dessen Außenmantel mit einem Bezug (3a), bestehend aus einem Elastomerwerkstoff, versehen ist gekennzeichnet dadurch, dass e) der Bezug (3a) kompressibel gestaltet ist.
Walze nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) mehrlagig, bestehend aus einer außenliegenden Funktionsschicht (10) und mindestens einer darunterliegenden Zwischenschicht (12), ausgebildet ist.
Walze nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) nur einlagig in Form der Zwischenschicht (12) ausgebildet ist.
Walze nach Anspruch 1 und einer der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) über eine Bindeschicht (13) mit dem Kern (15) verbunden ist.
Walze nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Funktionsschicht (10), aus einem Vollelastomerwerkstoff mit einer Dicke d_F von 1 mm bis 15 mm besteht.
Walze nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass die komprimierbare Zwischenschicht (12) eine Dicke d_k von 1 mm < d_K < 50 mm, insbesondere 5 bis 25 mm und eine Härte von 1 bis 300 P & J, vorzugsweise 20 bis 150 P & J, aufweist.
Walze nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) gleichmäßig verteilte Hohlräume (8) enthält, die gefüllt oder offenzellig sind.
Walze nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass der Durchmesser der Hohlräume (8) bei einlagigem Bezug (3a) < 30 μm, vorzugsweise 0,5 bis 5 μm groß und bei mehrlagigem Bezug (3a) 0,5 μm bis zu 2 mm groß ist.
Walze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) derart ausgebildet ist, dass die auf die Walze (1, 2) aufzubringenden Linienkräfte (F₁, F₂) der Bedingung 1 kN/m < F1 = F2 < 100, vorzugsweise 40 kN/m entsprechen.
Walze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) derart ausgebildet ist, dass im Pressnip eine Flächenpressung von 0,01 bis 2 N/mm², vorzugsweise 0,05 bis 0,5 N/mm² vorhanden ist.
Walze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezug (3a) derart ausgebildet ist, dass in Bahnlaufrichtung gemessen, eine Press-Spaltlänge (N) von 20 bis 200 mm, vorzugsweise 30 bis 150 mm, vorhanden ist.
Walze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der komprimierbare Bezug (3a) durch Schäumen des Elastomerwerkstoffes während der Vernetzung am Kern (15) hergestellt ist.