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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung, wie im Oberbegriff von Anspruch
1 definiert, beispielsweise zum Profilieren eines Flachmaterials
aus Fasern bzw. Faser-Flachmaterials auf einer Schuhwalze.
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In
Schuhkalandern liegt der Spaltdruck normalerweise im Bereich von
2 bis 15 Mpa und wird über
die Neigung des Schuhelements in Kombination mit der Last gesteuert.
Ein Schuhkalander hat ein relativ langes Schuhelement in Maschinenrichtung,
das oft bis zu 270 mm lang oder noch länger ist, wodurch es eine gute
Oberflächenglätte des
Flachmaterials aus Fasern ermöglicht,
aber das Volumen erhalten bleibt, da trotz des relativ hohen Lastdrucks
des Schuhelements der maximale Druck im Walzenspalt relativ niedrig
bleibt.
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Speziell
bei der Vorkalandrierung des Faser-Flachmaterials ist jedoch, zusätzlich zur
Profilierung der Weichheit der Oberfläche, eine Profilierung der
Oberflächendicke
erforderlich. Die gegenwärtigen
Schuhkalander sind nicht für
eine Profilierung der Oberflächendicke
geeignet, da die maximale, im Walzenspalt mit denselben erreichte
Drucklast relativ niedrig ist trotz des hohen Lastdrucks des Schuhelements.
Wenn für
die Vorkalandrierung eines Faser-Flachmaterials, z. B. einer Kartonbahn,
ein Schuhkalander verwendet wird, muß man heutzutage mit einer
separaten harten Profilierungswalze eine Dickenprofilierung der
Oberfläche
des Faser-Flachmaterials durchführen.
Ein separater Kalander zur Dickenprofilierung erhöht in Bezug
auf den Schuhkalander allein die Raumanforderungen in Maschinenrichtung,
und er erhöht
ebenfalls die Einkaufs- und Betriebskosten der Maschine zur Herstellung
von Papier und Karton. Wenn eine harte Walze zur Profilierung der
Oberflächendicke
mit der Gegenwalze der Schuhwalze (Thermowalze) in Kontakt gebracht wird,
nehmen die Raumanforderungen in Maschinenrichtung ab, aber die Betriebs- und Einkaufskosten für die Installation
sind immer noch höher,
als sie es sein würden,
wenn ein Schuhkalander allein für
die Vorkalandrierung verwendet werden würde. In einigen Fällen könne auch
die Zuführung
des Faser-Flachmaterials zu Problemen führen.
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Die
Anordnung der Erfindung und die in dieser verwendete Schuhwalze
sollen die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
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Es
ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schuhwalze
anzugeben, die eine Profilierung der Weichheit, Glätte, Feuchtigkeit
und Dicke der Oberfläche
des Faser-Flachmaterials zu erhalten ermöglicht.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere eine Anordnung, wie in Anspruch
1 definiert, beispielsweise zur Profilierung eines Faser-Flachmaterials
auf einer Schuhwalze.
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Die
Erfindung beruht auf der grundlegenden Idee, daß unterhalb eines Endlosriemens,
der sich um die Schuhwalze dreht, ein schmaler kontinuierlicher
Profilierungsstreifen vorgesehen ist, der sich im wesentlichen von
einem Ende zum anderen in Längsrichtung
der Schuhwalze erstreckt. Der Profilierungsstreifen befindet sich
bevorzugt im Walzenspalt, in unmittelbarer Nähe des Schuhs der Schuhwalze
(im folgenden auch als Schuhelement bezeichnet). Infolge des schmalen
Profilierungsstreifens wird auch die Fläche des Walzenspaltes zwischen
dem Profilierungsstreifen und der Gegenwalze klein sein, und dann
kann auch bei relativ niedrigen Lastdrücken des Profilierungsstreifens,
die für
die Oberflächendickenprofilierung
im Walzenspalt (Spaltdruck) erforderliche Drucklast auf einem ausreichend
hohen Niveau angegeben werden.
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In
der erfindungsgemäßen Anordnung
zum Profilieren eines Faser-Flachmaterials
weist die Schuhwalze eine gegenüberliegende
Gegen walze auf, und die Schuhwalze und die Gegenwalze sind durch
den Walzenspalt getrennt, wodurch
- – die Schuhwalze
einen feststehenden Walzenrahmen, ein Schuhelement am Walzenspalt
und einen umlaufenden Riemen bzw. Endlosriemen aufweist, der sich
um das Schuhelement und den feststehenden Walzenrahmen dreht,
- – ein
Schmierkreislauf zwischen dem Endlosriemen und dem Schuhelement
vorgesehen ist,
- – wenn
das Faser-Flachmaterial durch den Walzenspalt hindurchläuft, wird
seine Oberfläche durch
die Belastung des Schuhelements mit Lastelementen profiliert,
- – die
Schuhwalze weiterhin einen Profilierungsstreifen umfaßt, der
nach dem Schuhelement im Walzenspalt in Maschinenrichtung angeordnet
ist, wobei sich der Profilierungsstreifen im wesentlichen von einem
Ende zum anderen Ende der Walze in Längsrichtung erstreckt,
- – der
Profilierungsstreifen mit Lastelementen gegen die Gegenwalze belastet
werden kann, um die Dickenprofilierung des Faser-Flachmaterials vornehmen zu können,
- – der
Profilierungsstreifen wesentlich schmaler als das Schuhelement in
Maschinenrichtung ist und
- – der
Endlosriemen sich um den Profilierungsstreifen zusätzlich zu
dem feststehenden Walzenrahmen der Schuhwalze und des Schuhelements dreht
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Die
erfindungsgemäße Schuhwalze
weist einen Profilierungsstreifen des Faser-Flachmaterials auf,
der in Maschinenrichtung schmal ist und der gegenüber den
bekannten Kalandrierungs- und Presseninstallationen den wesentlichen
Vorteil aufweist, daß nun
Weichheit-, Glätte-
und Dickenprofilierung des Faser-Flachmaterials und Feuchtigkeits-
und Dickenprofilierung in Schuhpressen mit einem einzigen Schuhkalander
ausgeführt
werden kann. Durch den Einsatz des Schuhelements des Schuhkalanders
ist es möglich,
eine gute Oberflächenglätte des
Faser-Flachmaterials zu erzielen, während das Volumen des Faser-Flachmaterials
erhalten bleibt. Ein Profilierungsstreifen, der in Verbindung mit
dem Schuh des Schuhkalanders (Schuhelement) angeordnet ist, erlaubt
wiederum eine effiziente Dickenprofilierung des Faser-Flachmaterials.
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Indem
ein einziger Schuhkalander für
die Dicken- und Weichheitsprofilierung des Faser-Flachmaterials
verwendet wird, lassen sich beim Service, Einkauf und bei den Betriebskosten,
verglichen mit einer Situation, in der die Dicken- und Weichheitsprofilierung
des Faser-Flachmaterials durch zwei separate Kalander erfolgt, bemerkenswerte
Einsparungen erzielen. Gleichzeitig werden die Raumanforderungen
in Maschinenrichtung verringert, was ein Vorteil ist, wenn eine
Kalandrierungslinie an Orten aufzustellen ist, wo der Raum begrenzt
ist. Im Vergleich mit einer Situation, in der das Kalandrieren mit
einer Schuhwalze und einer harten gekühlten Walze durchgeführt wird,
die in Verbindung mit der gleichen Thermowalze (Gegenwalze) montiert
ist, kann man Vorteile erzielen in der Form von verringerten Betriebs-,
Service- und Einkaufskosten. Auch die Zufuhr des Faser-Flachmaterials
wird einfacher, wenn ein einzelner Schuhkalander anstelle einer
Schuhwalze und einer harten Profilierungswalze verwendet wird, die
in Verbindung mit der gleichen Thermowalze montiert ist.
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Die
erfindungsgemäße Schuhwalze,
die mit einem Profilierungsstreifen ausgestattet ist, kann auch
in Verbindung mit Pressen für
die Dickenprofilierung eines Faser-Flachmaterials verwendet werden.
Pressen werden in Maschinen für
die Herstellung von Papier und Karton für die mechanische Entwässerung
des Faser-Flachmaterials verwendet. Diese Pressen haben Preßschuhe,
die an einem stationären
Rahmen befestigt sind, um die sich ein Endlosriemen dreht. Ge genüber dem
Pressenschuh ist eine harte Preßwalze
angeordnet. An einer oder, üblicherweise,
an beiden Seiten des Faser-Flachmaterials ist ein wasser-absorbierendes
Preßtuch
vorgesehen, um Wasser im Walzenspalt zwischen dem Preßschuh und
seiner gegenüberliegenden
Preßwalze
zu absorbieren. Zwischen dem Preßschuh und dem Riemen ist zur
Verringerung der Reibung zwischen denselben im Walzenspalt ein Ölkreislauf
vorgesehen. Zwischen dem Preßschuh
und der Preßwalze
wird die Feuchtigkeits- und Dickenprofilierung der Oberfläche des
Faser-Flachmaterials realisiert.
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In
einer solchen Presse, die mit einer Schuhwalze ausgestattet ist,
meint der Begriff Schuhelement den Preßschuh der Presse. Dementsprechend bedeutet
Walzenrahmen den feststehenden Preßrahmen, an dem der Preßschuh angebracht
ist.
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In
der vorliegenden Anmeldung steht die Länge des Schuhelements und die
Länge des
Walzenspalts für
die Länge
der Maschinenrichtung des Schuhelements bzw. des Walzenspalts.
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Die
US-Patentschriften 5 645 691 und 4 741 805 offenbaren Naßpressen,
die mit Schuhelementen ausgestattet sind, die unterschiedliche ergänzende Teile
zur Verstärkung
der Entwässerung
umfassen. Diese Erfindungen ermöglichen
jedoch nicht ein verbessertes Vorkalandrierungsergebnis für ein Faser-Flachmaterial,
insbesondere für
ein Flachmaterial aus Karton, wie es die Anordnung der Erfindung und
die darin verwendete Schuhwalze ermöglichen.
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Die
Erfindung ist im Folgenden im Einzelnen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines Teils der Schuhwalze
der Erfindung, gesehen vom Ende des Walzenpaars zwischen der Schuhwalze
und ihrer gegenüberliegenden
Gegenwalze.
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Der
in 1 gezeigte Schuhkalander 9 weist eine
Schuhwalze 10 auf, die eine gegenüberliegende geheizte Hartwalze,
d. h. die Thermowalze 3, aufweist. Was das Schuhelement
der Schuhwalze und ihrer Last- und
Schmiersysteme betrifft, so weist der Schuhkalander 9 an
sich einen herkömmlichen
Aufbau auf, und somit zeigt die Figur zur Illustration der Erfindungsidee
nur einen Teil der Schuhwalze. Die Schuhwalze 10 hat einen
feststehenden Rahmen 5, von dem nur ihr oberer Teil in
der Figur gezeigt ist, ein Lastelement 8, das sich mit
der unteren Fläche
gegen den feststehenden Rahmen 5 abstützt, und ein Schuhelement 2 oben
auf dem Lastelement. Der erste Teil 4a des Walzenspaltes 4 befindet
sich zwischen dem Schuhelement 2 und der Gegenwalze 3.
Dem Schuhelement 2 der Schuhwalze benachbart ist ein Profilierungsstreifen 1,
der in diesem Fall nach dem ersten Teil 4; 4a des
Walzenspalts angeordnet ist, wobei der Walzenspalt in Eintrittsrichtung
des Faser-Flachmaterials W gesehen ist. Die Eintrittsrichtung des
Faser-Flachmaterials wurde in der Figur mit einem Pfeil mit ausgefülltem Kopf
bezeichnet. Der zweite Teil 4b des Walzenspalts 4 befindet
sich zwischen dem Profilierungsstreifen 1 und der Gegenwalze 3.
Ein Endlosriemen 6 gleitet im Walzenspalt 4; 4a, 4b auf
der oberen Seite, d. h. der Gleitfläche 2a des Schuhelements 2 und
auf der oberen Fläche 1a des Profilierungsstreifens.
Dieser Endlosriemen dreht sich um den feststehenden Rahmen 5 der
Schuhwalze, des Schuhelements und des Profilierungsstreifens 1.
Ein Schmierölkreislauf 7 wurde
mit einem Schmierölsystem 7 im
Walzenspalt 4, zwischen der Gleitfläche 2; 2a des
Schuhelements und der oberen Fläche 1a des
Profilierungsstreifens 1 und dem Endlosriemen, versehen.
Die Gleitfläche 2a des
Schuhelements bildet eine konkave Tasche, wenn der Walzenspalt 4; 4a aus
der Richtung der Gegenwalze 3 gesehen wird. Im Gegensatz
dazu hat die obere Fläche 1a des
Profilierungsstreifens 1 eine konkave Form, wenn der Walzenspalt 4; 4b aus
der Richtung der Gegenwalze 3 gesehen wird, so daß der Spaltdruck
zwischen der Thermowalze und dem Profilierungsstreifen in Hinsicht
auf die Dickenprofilierung des Faser-Flachmaterials wesentlich zunimmt.
Der Profilierungsstreifen 1 hat eine Breite parallel zur Längsachse
des Schuhelements, d. h. in einer Richtung, senkrecht zur Papierebene,
die grob gesehen die gleiche wie die Breite des Schuhelements ist.
Somit erstreckt sich der Profilierungsstreifen auf der Schuhwalze
in ihrer Längsrichtung
im wesentlichen von einem Ende zum anderen. Der Profilierungsstreifen 1 ist
im wesentlichen kontinuierlich und weist in Längsrichtung des Schuhelements,
d. h., in der Maschinenrichtung, eine Länge auf, die wesentlich kürzer als
die Länge
des Schuhelements ist. Wird der Walzenspalt 4 aus der Richtung
gesehen, die durch den Pfeil mit ausgefülltem Kopf angezeigt ist, d.
h., in der Eintrittsrichtung des Faser-Flachmaterials W, enthält der Walzenspalt 4 zunächst einen
herkömmlichen
Walzenspalt 4; 4a zwischen dem Schuhelement 2,
der Schuhwalze und der Thermowalze 3, gefolgt von einem
Walzenspalt 4; 4b zwischen dem Profilierungsstreifen 1 und
der Thermowalze 3. Aus der Richtung der Gegenwalze 3 gesehen,
enthält
der Walzenspalt 4 zunächst
ein Faser-Flachmaterial
W und einen Endlosriemen 6 darunter. Unter dem Endlosriemen,
der sich auf dem axialen Rahmen 5 der Schuhwalze 10 dreht,
sind wiederum das Schuhelement 2 und der Profilierungsstreifen 1 angeordnet. Auf
den ersten Teil 4a und den zweiten Teil 4b des Walzenspaltes 4 werden üblicherweise
unterschiedliche Drücke
ausgeübt.
Der Walzendruck wird mit Reihen von Preßzylindern 81; 81a; 81b im
ersten Teil 4a des Walzenspalts 4 erzeugt, die
unterhalb des Schuhelements 2 vorgesehen sind und womit
das Schuhelement 2 gegen die Gegenwalze 3 gepreßt (belastet)
wird. An ihrem unteren Teil stützen
sich die Reihen der Preßzylinder 81a und 81b gegen
den Rahmen 5 ab. Die Reihen der Preßzylinder 81a und 81b können die gleichen
oder unterschiedliche Drucklasten auf dem vorderen Teil 21 und
dem rückwärtigen Teil 22 des
Schuhelements erzeugen. Der Spaltdruck des zweiten Teils 4; 4b des
Walzenspalts wird wiederum mit einem Preßzylinder 8; 82 erzeugt, der
unterhalb des Profilierungsstreifens vorgesehen ist, wobei der Preßzylinder
sich auf den unteren Teil des Rahmens 5 stützt. Obwohl
der Profilierungsstreifen belastet ist, d. h. vom Preßzylinder 8; 82 üblicherweise
mit einem niedrigeren Druck als dem, mit dem das Schuhelement durch
den Preßzylinder 8; 81 gegen
die Gegenwalze gepreßt
ist, wird der Walzendruck, der zwischen dem Profilierungsstreifen
und der Gegenwalze entsteht, infolge der kleineren Fläche der
oberen Fläche 1a des
Profilierungsstreifens im Walzenspalt, vorteilhafterweise höher sein
als der Walzendruck, der zwischen dem Schuhelement und der Gegenwalze
entsteht.
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Wenn
der Walzenspalt durch die Belastung des Schuhelements der Schuhwalze
und/oder des Profilierungsstreifens mit Lastelementen 8; 81, 82 geschlossen
wird, wird das Faser-Flachmaterial W, z. B. eine erwärmte Kartonbahn,
in den zweiteiligen Walzenspalt 4; 4a, 4b zwischen
die erwärmte
Gegenwalze (Thermowalze) 3 und die Schuhwalze 10 und den
Profilierungsstreifen 1 gepreßt, während seine Oberfläche kalandriert
wird. Ein spezieller Teil des Faser-Flachmaterials W tritt in den
ersten Teil 4a des Walzenspalts zwischen dem Schuhelement
und der Gegenwalze ein, die Oberfläche des Faser-Flachmaterials
wird in Bezug auf Weichheit profiliert, während die Volumenhöhe auf einem
hohen Niveau erhalten bleibt. Die Profilierung auf Weichheit erfolgt
infolge des relativ niedrigen Spaltdrucks, der im Walzenspalt 4a vorherrscht.
Der Spaltdruck bleibt niedrig, auch wenn der gesamte, mit den Lastelementen 8; 81 auf den
Schuhelementen erzeugte Belastungsdruck, d. h. der lineare Druck,
relativ hoch war, weil die Schuhelementfläche relativ groß ist (das
Schuhelement kann eine Länge
in Maschinenrichtung von bis zu 270 mm oder darüber ha ben). Danach erreicht
das gleiche Faser-Flachmaterialteil W den zweiten Teil 4b des
Walzenspalts 4 zwischen der Thermowalze und dem Profilierungsstreifen.
Die Druckbelastung im Walzenspalt 4; 4b hängt nun
in der Hauptsache von zwei Faktoren ab, der Fläche der oberen Fläche des Profilierungsstreifens
und dem Lastdruck des Profilierungsstreifens. Da der Profilierungsstreifen 1 grob die
Breite des Schuhelements 2 haben sollte, sollte die Maschinenrichtungslänge der
oberen Fläche 1a des
Profilierungsstreifens für
einen Schuhkalander einer vorgegebenen Breite dimensioniert sein,
so daß ein
vorgegebener Lastdruck des Profilierungsstreifens es erlaubt, daß eine ausreichend
hohe Drucklast (Spaltdruck) zwischen dem Profilierungsstreifen und
der Gegenwalze im Walzenspalt 4; 4b erhalten wird.
Der Lastdruck des Profilierungsstreifens kann relativ niedrig gehalten
werden (5–15 Mpa),
während
der Walzendruck, der im zweiten Teil 4; 4b des
Walzenspalts erzielt wird, immer noch auf ein hohes Niveau ansteigt.
Das hängt
mit der Tatsache zusammen, daß der
Profilierungsstreifen in Maschinenrichtung wesentlich kürzer als
das Schuhelement 2 ist und es kann zusätzlich eine konvex geformte
obere Fläche
haben, so daß die
Fläche
der oberen Fläche 1a des
Profilierungsstreifens 1 im Walzenspalt klein ist. Infolge
der hohen Drücke
wird die Oberfläche
des Faser-Flachmaterials, wie gewünscht, in Dickenrichtung des
Faser-Flachmaterials profiliert.
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Das
obere Beispiel gibt nur eine Ausführungsform des Schuhkalanders 9 der
Erfindung wieder, die erfinderische Idee kann aber auch auf verschiedene
andere Weisen realisiert werden, ohne daß vom Umfang der Erfindungsidee,
wie in den Ansprüchen
definiert ist, abgewichen wird.
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Im
obigen Beispiel wurde das Schuhelement des Schuhkalanders mit Hilfe
von zwei Reihen Hydraulikzylindern gepreßt. In Schuhkalandern als auch in
Schuhpressen kann jedoch das Schuhelement bei spielsweise mit einer
Reihe Hydraulikzylinder oder mit irgendwelchen anderen Lastelementen
gepreßt werden,
die in Verbindung mit Schuhkalandern und Schuhpressen bekannt sind.