1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft vorrangig das Gebiet der
Papierherstellungsanlagen und insbesondere eine Vorrichtung
zum Aufbringen veränderlicher Mengen von Dampf auf
kalandrierbares Bahnmaterial, wodurch bestimmte Eigenschaften des
Materials, wie beispielsweise seine Quer-Glanzprofil (cross-
directional gloss Profile), gesteuert werden.
2. Verwandte Technik
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Einer der Parameter, die bei der Einstufung von
Bahnmaterialien verwendet werden, ist der Glanz der Oberfläche. Beim
Papierherstellungsverfahren werden verschiedene Papiersorten
mit unterschiedlichem Oberflächenglanz hergestellt, die sich
für unterschiedliche Verwendungszwecke eignen. Normalerweise
wird Rohpapier (bulk paper) als fortlaufende Bahn
hergestellt und auf Walzen mit einem Maß von 12 bis 36 feet in
der Querrichtung (d.h. über die Breite der Bahn) gerollt.
Die Einheitlichkeit des Glanzes auf dem Papier ist oft
wünschenswert oder erforderlich. Wenn beispielsweise die
Papierrolle zugeschnitten wird, um verschiedene
Papiererzeugnisse herzustellen, hängt die Übereinstimmung des Glanzes
der einzelnen Papiererzeugnisse von der Gleichmäßigkeit des
Glanzes der ursprünglichen Papierrolle ab.
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Zur Papierherstellung gehört normalerweise ein
Kalanderverfahren, bei dem Papiermaterial zwischen Kalanderwalzen
gepreßt wird, um gewünschte physische Eigenschaften zu
erreichen. Das Kalandrieren von Papier kann seine Dichte, Dicke
und Oberflächeneigenschaften einschließlich des Glanzes
verändern. Beim Kalandrieren wird häufig Dampf auf das
kalandrierte Papier aufgebracht, um das Papier zu befeuchten
und zu erwärmen und dadurch bestimmte seiner Eigenschaften
zu beeinflussen. So wird beispielsweise Glanz normalerweise
auf der Papieroberfläche erzeugt, indem Dampf auf die
Papieroberfläche aufgebracht wird und das Papier anschließend
zwischen einer Reihe von Kalanderwalzen gepreßt wird, die
normalerweise in einem Satz abwechselnder, harter, polierter
Stahlwalzen und weicher oder nachgiebiger Walzen aus
Baumwolle angeordnet sind. Das Papier absorbiert den Dampf, und
Papierfasern an der Oberfläche werden durch die Wärme und
die Feuchtigkeit weich. Wenn die mit Dampf behandelte
Papieroberfläche mit den Kalanderwalzen in Kontakt kommt, wird
sie durch die Press- und Reibwirkung der polierten
Stahlwalze und der angrenzenden, mit ihr zusammenwirkenden
weichen Walze geglättet. Der erzeugte Grad an Glanz hängt von
der Menge der Feuchtigkeit und der Wärme und damit von der
auf die Oberfläche aufgebrachten Menge Dampf ab.
Normalerweise werden nur sehr geringe Dampfmengen benötigt, um den
gewünschten Glanz zu erzeugen.
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Ein häufig bei der Herstellung einer glänzenden
Oberflächenbeschaffenheit unter Einsatz einer Dampfbearbeitung
auftretendes Problem ist die Ungleichmäßigkeit der glänzenden
Oberflächenbeschaffenheit des kalandrierten Materials.
Örtlich begrenzte Abweichungen in der auf die Oberfläche des
Rohpapiers aufgetragenen Dampfmenge können die
Gleichmäßigkeit der glänzenden Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen.
Darüber hinaus gibt es weitere Variablen beim
Kalandrierverfahren, wie beispielsweise die Temperatur und den
Kalanderwalzendruck, die die für einen bestimmten Grad an Glanz
erforderliche Dampfmenge beeinflussen. Eine gleichmäßigere
Glanzoberflächenbeschaffenheit läßt sich erreichen, wenn die
auf unterschiedliche Abschnitte der Papieroberfläche
geleitete Dampfmenge gesteuert werden kann.
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Ein weiteres beim Aufbringen von Dampf beim Kalandrieren
einer Glanzoberflächenbeschaffenheit auftretendes häufiges
Problem besteht darin, daß überschüssiger Dampf, der nicht
von dem Papier absorbiert worden ist, an kühlen Oberflächen
der angrenzenden Struktur der Kalandrieranlage kondensiert.
So kann Dampf beispielsweise an der Stahlkalanderwalze
kondensieren, wodurch das Papier befeuchtet wird, wenn die
Stahlwalze mit dem Papier in Kontakt kommt. Die zusätzliche
Feuchtigkeit von der Stahlkalanderwalze neben der von der
Dampfzufuhr direkt auf die Bahn aufgetragene Feuchtigkeit
beeinflußt die Feuchtigkeitsverteilung und damit die
Glanzoberfläche sowie andere physische Eigenschaften des Papiers.
Darüber hinaus kann überschüssiger Dampf an einem kühlen
Abschnitt der Papieroberfläche an einer Stelle kondensieren,
an der keine Dampfbehandlung vorgesehen ist, wodurch das
Glanzprofil beeinträchtigt, oder "Rupfen" (Ausbeulen und
Blasenbildung) verursacht wird, wenn das Papier zu feucht
wird. Darüber hinaus bildet Dampf, der an kühlen Oberflächen
kondensiert, Wassertröpfchen, die auf das Papier tropfen
können, wenn es das System von Kalanderwalzen durchläuft,
wodurch wiederum die gewünschten Eigenschaften des Papiers
beeinf lußt werden. Darüber hinaus, kann da die Erzeugung von
Glanz auf einer Papierbahn im allgemeinen der letzte Schritt
bei der Papierherstellung ist, das Papier bereits mit
verschiedenen Materialien beschichtet worden sein, und ein
Aufbringen von zuviel Dampf kann insofern zu Problemen führen,
als wasserlösliche Beschichtungen aufgeweicht werden, die
dann an den Kalanderwalzen haften, was zum "Abblättern"
führt.
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In der Vergangenheit sind Dampfkästen verwendet worden, um
beim Kalandrieren Dampf auf Papierbahnen zu verteilen. Ein
zum Aufbringen von Dampf zur Erreichung von einheitlichem
Quer-Glanz bestimmter Dampfkasten ist im US-Patent Nr.
4,786,529 von Boissevain offenbart. Der offenbarte
Dampfkasten stößt Dampfstrahlen durch Löcher in dem Dampfkasten
aus. Da jedoch mehr Dampf ausgestoßen wird, als von dem
Papier absorbiert werden kann, muß der überschüssige Dampf
eliminiert werden, um zu verhindern, daß er an an die
Dampfbehandlungszone angrenzenden Strukturen kondensiert. Um
überschüssigen Dampf abzuführen, ist eine Absaugvorrichtung
vorhanden. Obwohl er in vielen Situationen nützlich sein
kann, kann sich der im US-Patent Nr. 4,786, 529 offenbarte
Dampfkasten aufgrund seines relativ komplizierten Aufbaus in
einigen Situationen als ungeeignet erweisen.
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Bei einer alternativen Konstruktion ist ein konzentrisches
Rohrsystem eingesetzt worden, um Dampf auf ein
kalandrierbares Material zu verteilen, und so bestimmte Eigenschaften,
wie beispielsweise Glanz, zu erreichen. Ein Rohrsystem
umfaßt ein inneres Rohr mit einem oberen Schlitz, der sich
über die Länge des Rohrs erstreckt. Das innere Rohr wird von
einem zweiten Rohr umgeben, das einen etwas größeren
Durchmesser und einen unteren Schlitz hat, der sich über seine
Länge erstreckt. Das zweite Rohr wiederum ist von einem
dritten Rohr umgeben, das einen etwas größeren Durchmesser
als das zweite Rohr und einen oberen Schlitz hat, der sich
über seine Länge erstreckt. Dampf strömt zunächst in das
innere Rohr, aus seinem oberen Schlitz in das zweite Rohr, aus
dem unteren Schlitz des zweiten Rohres in das dritte Rohr
und schließlich aus dem oberen Schlitz des dritten Rohrs.
Ein Nachteil des konzentrischen Rohrsystems besteht jedoch
darin, daß es keine Steuerung der auf unterschiedliche
Abschnitte der Papieroberfläche aufgebrachten Dampfmenge
ermöglicht; stattdessen erzeugt diese ziemlich komplizierte
Konstruktion eine gleichmäßige Dampfmenge auf allen
Abschnitten.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur
Verteilung veränderlicher Dampfmengen auf ein Bahnmaterial, wie
beispielsweise Papier, beim Kalandrieren gerichtet. Die
Erfindung eignet sich insbesondere für Einsatzzwecke, bei
denen relativ kleine Dampfmengen erforderlich sind,
beispielsweise, um gleichmäßigen Glanz auf wenigstens einer Seite
eines kalandrierbaren Materials zu erzeugen. Die Erfindung
ermöglicht die einfache, wirkungsvolle und genaue Steuerung
der Dampfverteilung in der Querrichtung, indem wahlweise
veränderliche Mengen Dampf durch eingebaute Stromventile,
die in der Querrichtung des kalandrierbaren Materials
beabstandet sind, auf Abschnitte des Materials geleitet werden.
Die Erfindung schafft des weiteren eine Einrichtung zum
Ableiten etwaigen Kondensats von der kalandrierbaren Bahn.
Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion kann die Erfindung zu
geringeren Kosten als die oben beschriebenen alternativen
Dampfaufbringungssysteme hergestellt werden.
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Bei der dargestellten Ausführung umfaßt die erfindungsgemäße
Dampfverteilungsvorrichtung einen Dampfverteiler, der an
einen Kalanderwalzensatz angrenzend angeordnet ist, und sich
an die Seite des Materials angrenzend befindet, auf die
Dampf aufgetragen wird, bevor das kalandrierte Material
zwischen einer polierten Kalanderwalze und einer angrenzenden,
mit ihr zusammenwirkenden Walze gepreßt wird. Der
Dampfverteiler erstreckt sich in der Querrichtung über die
kalandrierbare Materialbahn. Entlang der Seite des
Dampfverteilers ist eine Vielzahl von Ventilen beabstandet, wobei
jedes Ventil mit einer "Becherdüse" versehen ist, durch die
Dampf abgegeben wird. Unter Druck stehender Dampf wird den
Ventilen durch den Dampfverteiler zugeführt. Die durch jede
Becherdüse ausgestoßene Dampfmenge wird durch ihr
entsprechendes Ventil gesteuert. Die Becherdüsen verwandeln den
unter Druck stehenden, mit relativ hoher Geschwindigkeit aus
den Ventilen austretenden Dampf in einen "trägen" Dampf mit
niedriger Geschwindigkeit. Etwaiges Kondensat, das in dem
Dampf vorhanden ist, wenn er aus den Ventilen strömt, wird
durch die zugehörige Becherdüse geleitet und von dem
kalandrierbaren Material weg abgelassen. Indem das durch jede
Becherdüse strömende Dampfvolumen gesteuert wird, kann die
Dampfverteilung auf der Oberfläche des kalandrierbaren
Materials gesteuert werden, um beispielsweise das Glanzprofil
auf der Oberfläche zu bestimmen. An den Seiten des
Dampfverteilers vorhandene Rinnen leiten etwaiges Kondensat, das
sich an den Ventilen oder den Becherdüsen bilden kann, von
dem kalandrierbaren Material weg ab. Derartige
Dampfverteiler mit entsprechenden Ventilen und Becherdüsen können
auf beiden Seiten des Kalanderwalzensatzes vorhanden sein,
um Aufbringen von Dampf auf beide Flächen des kalandrierten
Materials und/oder Aufbringen von Dampf in Stufen auf der
gleichen Seite der Bahn zu ermöglichen, wenn die Bahn den
Kalanderwalzensatz durchläuft.
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Wenn die Erfindung eingesetzt wird, um einen gleichmäßigen
Glanz auf kalandrierbarem Material zu erzeugen, kann das
Glanzprofil an verschiedenen Punkten des
Kalandrierverfahrens unter Verwendung einer Glanzmeßeinrichtung überwacht
werden, und die Dampfverteilung kann je nach Erfordernis
sofort eingestellt werden. Eine Glanzmeßeinrichtung überwacht
das Glanzprofil auf der Oberfläche des kalandrierbaren
Materials in Intervallen in der Querrichtung des Materials und
erzeugt ein Signal, das dem gemessenen Glanz entspricht. Die
Signale von der Meßeinrichtung werden einer
Ventilregeleinrichtung der Dampfverteilungsvorrichtung zugeführt, die das
Volumen des in den Verteiler (oder in jeden Verteiler in
einer Anlage, die mehrere Dampfaufbringungsvorrichtungen
aufweist) eintretenden Dampfes und das in jede Becherdüse
durch die Ventile des Verteilers eintretende Dampfvolumen
reguliert. Die auf jeden Abschnitt der Oberfläche des
kalandrierbaren Materials in der Querrichtung aufgebrachte
Dampfmenge wird dadurch gleichmäßiger gesteuert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, die ein System von
Kalanderwalzen zur Herstellung eines Bahnmaterials
darstellt, bei dem die vorliegende Erfindung
eingesetzt werden kann, um die Oberfläche des
Materials mit Dampf zu behandeln.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung, die einen speziellen
inneren Aufbau des Dampfverteilers sowie ein Ventil
und eine Becherdüse darstellt.
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Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht eines
Kalanderwalzensystems und der erfindungsgemäßen
Dampfaufbringungsvorrichtung, wobei ein Abschnitt der
Mitläuferwalze und des kalandrierten Materials
aufgeschnitten ist, um die erfindungsgemäße Vorrichtung
besser darzustellen.
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Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den verschiedenen
Zeichnungen auf gleiche Bauteile.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die beste
gegenwärtig vorgesehene Art und Weise der Ausführung der
Erfindung. Diese Beschreibung dient dem Zweck der
Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und sollte
nicht als einschränkend aufgefaßt werden. Der Umfang der
Erfindung wird am besten anhand der beigefügten Ansprüche
bestimmt.
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Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Kalandriervorrichtung, bei
der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Fig. 1
stellt ein System von Kalanderwalzen 10 dar, die sich zum
Pressen einer Bahn aus kalandrierbarem Material, wie
beispielsweise Papier 12, eignen, um gewünschten physische
Eigenschaften des kalandrierbaren Materials zu erreichen. Der
Einfachheit halber wird die Erfindung im folgenden unter
Bezugnahme auf Papier als das kalandrierbare Material und
Glanz als die gewünschte physische Eigenschaft beschrieben.
Das System von Kalanderwalzen 10 enthält wenigstens eine
Walze 14 mit einer hochpolierten harten Oberfläche.
Normalerweise besteht die Oberfläche der polierten Walze 14 aus
Stahl (im folgenden als die "Stahlwalze" bezeichnet). An die
Stahlwalze 14 angrenzend ist eine Walze vorhanden, die eine
elastische Oberfläche aufweist, und die im folgenden als
eine weiche Walze 16 bezeichnet wird. Eine oder mehrere
Stahlwalzen 14 und weiche Walzen 16 können in einem vertikalen
Satz angeordnet sein, wobei das Papier zwischen den Walzen
einen Weg durchläuft, der allgemein "S"-Form hat.
Mitläuferwalzen 18 können an den Seiten des Satzes vorhanden sein,
um die Bewegung des Papiers zu erleichtern.
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Auf einer Seite der Papierbahn 12 wird Glanz erzeugt, wenn
das Papier zwischen der Stahlwalze 14 und der an sie
angrenzenden weichen Walze 16 hindurchläuft. Glanz wird nur auf
der Oberfläche 20 der Papierbahn 12 erzeugt, die mit Dampf
behandelt worden ist. Eine erfindungsgemäße
Dampfaufbringungsvorrichtung 22 befindet sich an dieser Oberfläche 20
der Bahn 12 angrenzend an einer Stelle oberhalb der
Stahlwalze 14 (in bezug auf die Bewegungsrichtung des Papiers).
Die Dampfaufbringungsvorrichtung 22 leitet Dampf auf die
Papieroberfläche 20, wenn sich die Oberfläche der Stahlwalze
14 nähert. Die Dampfaufbringungsvorrichtung 22 ist
vorzugsweise so angeordnet, daß ein Drei-Inch-Spalt zwischen ihr
und der Papieroberfläche 20 verbleibt. Der durch die
Dampfaufbringungsvorrichtung 22 abgegebene Dampf erweicht die
Oberfläche des Papiers durch die Wirkung der mit dem Dampf
verbundenen Wärme und Feuchtigkeit, bevor das Papier durch
die Stahlwalze 14 auf die Laufseite der Walze 16 gepreßt
wird. Eine Glanzoberflächenbeschaffenheit wird auf der
Oberfläche 20 des Papiers 12 erzeugt, die mit Dampf behandelt
worden ist. Um eine Glanzoberflächenbeschaffenheit auf der
anderen Seite 24 des Papiers 12 zu erzeugen, kann eine
weitere Dampfaufbringungsvorrichtung 26, die mit einer zweiten
Stahlwalze 28 und einer weichen Walze 16 zusammenwirkt, auf
gleiche Weise eingesetzt werden.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen
Dampfaufbringungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 beschrieben.
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Ausführung der
vorliegenden Dampfaufbringungsvorrichtung 22. Bei der
dargestellten Ausführung umfaßt die Dampfaufbringungsvorrichtung 22
einen Dampfverteiler, der aus einem Rohr 30 mit einer Länge
hergestellt wird, die sich im allgemeinen über die Breite
der Papierbahn erstreckt, auf die Dampf aufgebracht wird
(d.h. in der Querrichtung). Verschiedene Papierhersteller
stellen Papierbahnen mit unterschiedlichen Breiten her, die
allgemein von 12 bis 36 Fuß reichen. Dementsprechend ist die
Länge des Verteilerrohrs 30 unterschiedlich. Das
Verteilerrohr 30 besteht vorzugsweise aus korrosionsbeständigem
Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Aluminium. Es
ist ermittelt worden, daß ein rostfreies Stahlrohr mit einem
Innendurchmesser von 6 Inch und einer 3/16-Inch-Wand eine
ausreichende konstruktive Basis für die
Dampfaufbringungsvorrichtung bildet. Ein derartiges Rohr ist kostengünstig
und leicht erhältlich und bietet damit gegenüber
komplizierteren und kostenaufwendigeren Dampfaufbringungsvorrichtungen
einen erheblichen Vorteil.
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Das Dampfverteilerrohr 30 ist, wie in Fig. 3 dargestellt,
mit einem Einlaßrohr 32 an einem Ende und einem Auslaßrohr
34 an seinem gegenüberliegenden Ende versehen. Geeignete
Einlaß- und Auslaßrohre 32 und 34 haben einen Durchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser des Dampfverteilerrohrs
30 (beispielsweise 2 Inch). Dampf, vorzugsweise in
gesättigtem Zustand mit einem Überdruck von 1 - 15 psi, wird dem
Einlaßrohr 32 durch ein Hauptzuleitungsrohr 36 zugeführt.
Das Einlaßrohr 32 ist mit einem Drucksteuerventil 40 und
einem Drucksensor (nicht dargestellt) versehen. Dampf tritt
nur dann in das Dampfverteilerrohr 30 ein, wenn das
Drucksteuerventil 40 wenigstens teilweise geöffnet ist. Daher
kann auf Einsatzgebieten, auf denen eine Vielzahl von
Dampfaufbringungsvorrichtungen vorhanden ist, wie dies in
Fig. 1 dargestellt ist, jedes einzelne Dampfverteilerrohr 30
unabhängig von anderen Dampfrohren mit Dampf versorgt
werden. Des weiteren ermöglichen die einzelnen
Dampfdruckventile
40 die Steuerung des in jedes Dampfverteilerrohr 30
eintretenden Dampfvolumens. Dadurch kann die Menge des durch
jedes Dampfverteilerrohr 30 aufgebrachten Dampfes reguliert
werden, wodurch die Steuerung der Glanzverteilung verbessert
wird. Des weiteren kann durch mehrere Rohre Glanz
schrittweise erzeugt werden.
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Eine computergesteuerte Ventilregeleinrichtung kann
eingesetzt werden, um das Drucksteuerventil 40 zu betätigen. Es
ist jedoch vorteilhaft, darüber hinaus einen Mechanismus zur
manuellen Steuerung des Ventils 40 vorzusehen. In einer
Anlage mit einer computergesteuerten Ventilregeleinrichtung
kann sich eine Glanzmeßeinrichtung an einer Stelle unterhalb
der Dampfaufbringungsvorrichtung befinden, um den Glanz auf
der Papieroberfläche 20 zu überwachen. Die
Glanzmeßeinrichtung leitet ein Signal zu der Regeleinrichtung (nicht
dargestellt), das dem Grad des Glanzes auf der Papieroberfläche
entspricht. Je nach der Abweichung des gemessenen Glanzes
der Papieroberfläche 20 vom gewünschten Glanzprofil leitet
die Ventilregeleinrichtung wahlweise Regelsignale an das
Drucksteuerventil 40, um seine Abgabe zu regulieren. Auf
Einsatzgebieten, auf denen mehrere
Dampfaufbringungsvorrichtungen eingesetzt werden, können die verschiedenen
Drucksteuerventile der Dampfaufbringungsvorrichtungen, die sich
oberhalb der Glanzmeßeinrichtung befinden, so reguliert
werden, daß mehr oder weniger Dampf in die Dampfverteilerrohre
30 eintritt, wodurch der Betrag des am Ende des
Kalandrierverf ahrens erreichten Glanzes dynamisch reguliert wird.
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Eine Vielzahl von Dampfventilen 42 sind, wie in Fig. 2
dargestellt, an der Oberseite des Dampfverteilerrohres 30
angebracht. Bei der dargestellten Ausführung ist jedes
Dampfventil 42 in einer Öffnung angebracht, die die Form eines
Schlitzes 44 hat, der sich an der Oberseite des
Verteilerrohrs 30 befindet. Unter Druck stehender Dampf tritt aus dem
Rohr 30 über die Schlitze 44 in die Ventile 42 ein. Bei der
dargestellten Ausführung ist jeder Schlitz 44 ungefähr 1,5
bis 2 Inch lang und hat eine Breite von ungefähr 1/4 Inch,
so daß ein ausreichendes Dampfvolumen in die Ventile 42
eintreten kann. Die Schlitze 44 sind vorzugsweise in
gleichmäßigen Abständen über die gesamte Länge des
Dampfverteilerrohres 30 verteilt. Dementsprechend hängt die Anzahl von
Schlitzen 44 mit daran angebrachten Ventilen 42, mit denen
ein bestimmtes Dampfverteilerrohr 30 versehen ist, von der
Länge des Rohrs 30 ab. Die Genauigkeit der Steuerung des
Quer-Glanzprofils nimmt zu, wenn der Abstand zwischen den
Schlitzen 44 und dazugehörigen Ventilen 42 abnimmt. Um
optimale Steuerung des Quer-Glanzprofils zu erreichen, beträgt
der Abstand zwischen Schlitzen 44 vorzugsweise nur wenige
Inch (normalerweise ungefähr 3 Inch).
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Eine Prallfläche 46 ist im Innern des Dampfverteilerrohrs 30
an das Dampfeinlaßrohr 32 angrenzend und zwischen dem
Einlaßrohr 32 und den Ventilen 42 angebracht. Die Prallfläche
46 verhindert, daß potentiell in dem Dampf vorhandenes
Kondensat in die Ventile 42 eintritt, die sich in der Nähe des
Dampfeinlaßrohres 32 befinden. Die Prallfläche 46 erstreckt
sich über den Durchmesser des Dampfrohres 30 und ist
vorzugsweise ungefähr 10 Inch lang. Eine zweite Prallfläche
kann sich innerhalb des Dampfverteilerrohrs 30 an sein
Auslaßrohr 34 angrenzend und zwischen dem Auslaßrohr 34 und den
Ventilen 42 befinden, so daß umgekehrte Anbringung (d.h.,
daß Dampf in das Rohr 30 durch das Auslaßrohr 34 strömt)
möglich ist. In dem in das Dampfverteilerrohr 30
eintretenden Dampf vorhandenes Kondensat wird durch die Prallfläche
46 abgelenkt und sammelt sich am Boden des Rohrs, wo es
durch wenigstens eine Kondensatabflußöffnung 48, die sich in
dem Dampfverteilerrohr 30 befindet (siehe Fig. 3), aus dem
Rohr 30 abgeleitet wird.
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Jedes Ventil 42 der dargestellten Ausführung der
vorliegenden Erfindung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ein
16-Stellungs-Digital-Dampfventil (16-position digital steam valve)
sein, wie es ausführlicher in der gemeinsam übertragenen
(commonly assigned), gleichzeitig eingereichten,
gleichzeitig anhängigen Patent-Anmeldung der Vereinigten Staaten von
Mathew G. Boissevain unter dem Titel "Digitally Incremented
Linear Actuator" (Digital schrittweise arbeitendes lineares
Betätigungselement) (Anwaltsaktenzeichen Nr. PD-9443)
offenbart worden ist. Diese Patentanmeldung wird durch Verweis
einbezogen. Im allgemeinen umfaßt das offenbarte
16-Stellungs-Digital-Dampfventil ein Ablaßventil 50, das durch vier
Magnetventile 52 (von denen zwei nicht dargestellt sind),
wie beispielsweise die HS-LS-Series Solenoid Valves, die von
Numatics, Inc. (Michigan) zu beziehen sind, betätigt wird.
Luft strömt aus Luftschlauch 54 in die Magnetventile 52. Der
Luftschlauch 54, der an die Dampfventile 52 angrenzend
angebracht ist, leitet Luft von einem Luftdruckregler 56 zum
Lufteinlaß jedes Magnetventils 52 init einem Überdruck von
ungefähr 40 psi, um die zugehörigen Kolben 53 zu betätigen,
die zu den Magnetventilen 52 gehören. Wenn ein Magnetventil
52 betätigt wird, wird Luft hinter den zugehörigen Kolben 53
eingelassen, der an einen Hebel 58 gedrückt wird, der
seinerseits mit dem Ablaßventil 50 in Kontakt kommt. Die Anzahl
der betätigten Magnetventile 52 bestimmt die Stellung des
Hebels 58 und damit die Position des Ablaßventils 50. Die
Stellung des Ablaßventils 50 wiederum bestimmt das
Dampfvolumen, das durch die Düse 62 strömt und letztendlich das
Papier erreicht.
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Bei der hier dargestellten Ausführung sind das Ablaßventil
50 und die Becherdüse 62 so bemessen, daß, wenn das
Ablaßventil 50 vollständig geöffnet ist, die Düse 62 ungefähr 15
bis 25 lbs/Stunde Dampf pro Foot der Bahn in der
Querrichtung ausstößt. Jedoch hat dieser "träge" Dampf, der die Düse
62 bei dieser speziellen, dargestellten Ausführung verläßt,
eine geringe oder keine Geschwindigkeit, wenn er die Bahn
erreicht. Daher ist aufgrund der begrenzten Geschwindigkeit
und des Volumens des Dampfes, der aus der Düse 62 austritt,
bei der Vorrichtung der dargestellten Ausführung keine
Vakuumeinrichtung zum Abführen von überflüssigem Dampf
erforderlich. Wenn so geringes Volumen und so geringe
Geschwindigkeit des Dampfes verwendet werden, kann der Dampf
zu Flüssigkeit kondensiert sein, wenn er mit der Bahn 12 in
Kontakt kommt.
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Eine computergesteuerte Ventilregeleinrichtung, die der
Betätigung des Drucksteuerventils 40 dient, kann ebenfalls
verwendet werden, um die Magnetventile 52 zu betätigen. Um
einen gleichmäßigen Glanz zu erhalten oder der
Papieroberfläche ein vorgegebenes Glanzprofil zu verleihen, können
Einstellungen der Ventile 42 dynamisch vorgenommen werden,
um die Dampfmenge zu regulieren, die aus jedem der
Ablaßventile 50 strömt, die über die Länge des Rohres angebracht
sind.
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Obwohl bei der dargestellten Ausführung der Erfindung ein
16-Stellungs-Digitalventil 42 verwendet wird, sind viele
Arten von allgemein erhältlichen Ventilen anstelle des
dargestellten Ventils einsetzbar.
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Bei der dargestellten Ausführung ist jedes Ventil 42 mit
einer Abdeckung 60 versehen, die die Ventilbauteile vor
Kontakt mit Kodensat schützt, das sich an der
Dampfaufbringungsvorrichtung bilden kann.
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Um den Dampf mit hoher Geschwindigkeit, der von jedem Ventil
42 ausgestoßen wird, in "trägen" Dampf mit niedriger
Geschwindigkeit umzuwandeln, ist jedes Ventil 42 mit einer
Becherdüse 62 versehen. Bei der dargestellten Ausführung der
Erfindung ist die Becherdüse 62 an der Abdeckung 60
angebracht. Die Becherdüse 62 umf aßt eine spazierstockförmige
Ablenkplatte 64, die an das Ablaßventil angrenzend
angebracht ist, einen Behälter 66 (der vorzugsweise die Form
eines Bechers hat), der mit wenigstes einem Abflußloch 68 an
seinem Boden versehen ist, sowie einen Düsenabschnitt. Der
Becher 66 der Becherdüse 62 ist vorteilhafterweise mit einer
kleinen Öffnung 74 versehen, die Zugang zu dem Ablaßventil
50 ermöglicht, um manuelle Einstellungen mit dem
Schraubenzieher vornehmen zu können. Unter Druck stehender Dampf, der
in die Becherdüse 62 durch das Ablaßventil 50 eintritt,
prallt oben an die Ablenkplatte 64, die den Dampfstrom zum
Boden des Bechers 66 umleitet. In dem Dampf vorhandenes
Kondensat sammelt sich am Boden des Bechers 66 und läuft
dann durch die Abflußlöcher 68 aus. Der Dampf wiederum
steigt zur Oberseite des Bechers 66 und an eine zweite,
gekrümmte Ablenkeinrichtung 70, die zusammen mit einer
dritten, versetzten Ablenkeinrichtung 72 den Düsenabschnitt der
Becherdüse 62 bildet. Die Ablenkeinrichtungen 64, 70 und 72
wirken zusammen und entziehen dem Dampf im wesentlichen
jegliche Flüssigkeit und verringern seine Geschwindigkeit. Der
"träge" Dampf wird so durch die Becherdüse 62 mit relativ
niedriger Geschwindigkeit auf das Papier geleitet.
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An den Bauteilen der Dampfaufbringungsvorrichtung gebildetes
oder aus dem Becher 66 der Becherdüse 62 abgelaufenes
Kondensat wird von dem kalandrierten Papier weg durch ein Paar
Rinnen 76 abgeleitet, die sich an dem Dampfverteilerrohr 30
befinden. Die Rinnen 76 sind an jeder Seite über die gesamte
Länge des Dampfverteilerrohrs 30 angebracht. Die Rinnen 76
sowie die Becherdüse 62 und die Prallplatte 46 bestehen
vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Material, wie
beispielsweise rostfreiem Stahl oder Aluminium.
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Die erfindungsgemäße Dampfaufbringungsvorrichtung kann, wie
in Fig. 3 dargestellt, mit einem Bügel 80 direkt an einem
Montageträger 78 gebracht werden, der sich an dem
Kalanderwalzensatz befindet. Die Dampfaufbringungsvorrichtung kann
in jeden Kalanderwalzensatz integriert werden, da sie in
einer Vielzahl von Winkeln in bezug auf die Bahn um die
Achse des Verteilerrohrs 30 montiert gleichgut funktioniert.
Dadurch ermöglicht die Erfindung große Flexibilität und
einen hohen Grad der Steuerung der Dampfverteilung bei
niedrigen Kosten.
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Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern physischer Eigenschaften
eines kalandrierbaren Materials durch wahlweises Leiten
veränderlicher Dampfmengen auf Bereiche der Oberfäche des
kalandrierbaren Materials in Querrichtung schafft.
Eingebaute Ventile steuern die Dampfverteilung in der
Querrichtung. Die Erfindung schafft des weiteren eine einfache
Einrichtung zum Abscheiden von Kondensat aus dem Dampf, bevor
er auf das kalandrierbare Material geleitet wird, wodurch
verhindert wird, daß Flüssigkeit mit dem kalandrierbaren
Material in Kontakt kommt. Bei der Verwendung zur Erzeugung
von Glanz auf Papier kann eine Glanzmeßeinrichtung dazu
dienen, den Grad des Glanzes der Papieroberfläche zu ermitteln
und eine Ventilsteuereinrichtung mit Rückführung kann dazu
dienen, die Ventile entsprechend dem ermittelten Glanz zu
betätigen.
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Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist
beschrieben worden. Nichtsdestotrotz versteht sich, daß
verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von
Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. So kann
beispielsweise das Dampfverteilerrohr gekrümmt oder an seiner
Seite eingekerbt sein, um eng an der gekrümmten Fläche einer
Kalanderwalze anzuliegen. Des weiteren kann die Form der
Schlitze abgewandelt werden, so daß sie andere als die
dargestellten Größen haben und in anderen Abständen angeordnet
sind. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf
den Glanz von Papier beschrieben wird, beinhaltet die
Erfindung die Steuerung von anderen physischen Eigenschaften als
Glanz bei verschiedenartigen Materialien durch
Dampfbehandlung. Darüber hinaus kann ein anderes Arbeitsfluid als Dampf
verwendet werden, ohne von den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Dementsprechend versteht sich, daß
die Erfindung nicht durch die dargestellten speziellen
Ausführungen eingeschränkt wird, sondern nur durch den Umfang
der beigefügten Ansprüche und Äquivalente derselben.