EP0732445B2 - Kalander für die Behandlung einer Papierbahn - Google Patents

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EP0732445B2
EP0732445B2 EP96103277A EP96103277A EP0732445B2 EP 0732445 B2 EP0732445 B2 EP 0732445B2 EP 96103277 A EP96103277 A EP 96103277A EP 96103277 A EP96103277 A EP 96103277A EP 0732445 B2 EP0732445 B2 EP 0732445B2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
roll
calender according
rolls
soft
calender
Prior art date
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EP96103277A
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English (en)
French (fr)
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EP0732445A1 (de
EP0732445B1 (de
Inventor
Franz Kayser
Hans-Rolf Conrad
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Voith Paper GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
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Priority claimed from DE19534911A external-priority patent/DE19534911C2/de
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls

Definitions

  • the invention relates to a calender according to the preamble of claim 1.
  • Calenders are from the Brochure "The new super calender concept" of the company Sulzer Papertec Krefeld GmbH from Mal 1994 known. They are used both coated and uncoated Satin paper, such as printing paper or silicone base papers. Called “hard” rollers metal rollers with a smooth and hard surface, which are essentially for smoothness and shine are responsible. Called “soft” rollers one rolls with an elastic or soft surface, which is essentially for even compaction to care. The alternating gap is required so both sides of the paper web are approximately uniform Experience treatment. It is common to have a calender to use with 12 to 18 rollers, the Alternating gap is located in the lower half of the stack.
  • the invention has for its object a To specify calenders of the type described at the outset, , of largely the same satin results for one certain paper type, but a smaller one Construction height and its manufacturing and operating costs are lower.
  • the number of working gaps is above or below the alternating gap equal to the number of working columns below the Alternating gap and thus less than the known one Supercalender. Nevertheless, almost the same satin result achieved because - while maintaining a maximum permissible compressive stress in the lowest working gap - because of the lower number of rollers and because of the lower weight influence of the rollers and any associated parts already in the first working gap a higher line load than before can and the line load increase less than in the known cases.
  • the soft rollers are removed Cavities in particular come with hollow tubes with a cover into consideration. This ensures that the rollers themselves are light in weight. this happens in the hard rollers by the get the smallest possible diameter. With the soft One should roll instead of the compact and heavy rolls with paper cover lighter construction Use constructions.
  • the calender Since the calender has a lower overall height, needed one also lower buildings, what the set-up costs significantly lowers. Furthermore, the calender because of the lower number of rollers in both Production and operation cost inexpensive.
  • the roll stack Such a B-roll calender has eight rolls, where there is above and below the alternate spar There are essentially three working columns the same as a well-known 12-roll calender.
  • the web treatment below the alternating gap is the same in both cases.
  • the railway treatment Above the alternating gap there is no longer any carried out by four working columns; this is what it is about but the working column with the least influence of deformation.
  • With the new construction can handle a very high line load in the first working gap be applied so that the paper web immediately undergoes significant deformation.
  • the Kalandrier oriental can be more fully characterized, take into account that the sum of the products of dwell time and mean compressive stress in the tsspalten Arbe i is above the change gap is at least 80% of the sum of said products in the working gaps below the change gap. Because dwell time and compressive stress are two decisive factors for paper deformation.
  • the soft Roll a fiber reinforced plastic such as epoxy having.
  • fiber reinforcement in particular With carbon fibers, stability and low can be Combine weight with each other.
  • top and / or bottom roller is a soft roller. If both end rollers are soft, the result is a 6-roll calender. If only one end roller is soft, you can stack rolls with odd Provide number of rollers. Soft end rollers can also be used lighter than hard end rollers be carried out what the adjustment of the line load sums above and below the alternating gap facilitated.
  • roller shell made of one material is insufficient
  • wear resistance and a cover made of an elastic plastic there is wear resistance and a cover made of an elastic plastic, and that the Plastic has a higher wear resistance than that Jacket material.
  • roller jacket made of spheroidal graphite cast iron, i.e. a cast iron with spherical Graphite. This allows a reduction in wall thickness compared to chilled cast iron of up to 59%.
  • the upper and / or lower rollers can advantageously be heated. Already in the first and also in the last gap therefore heat can be supplied to what is on both sides of the paper web Offers correction options.
  • At least the top one Center roll is hard and heatable.
  • Deformation energy already in the first working gap of the paper web supplied in the form of heat Across from an otherwise necessary heating of the top roller but this has the advantage that the top roller very much can be done much easier and cheaper, less Exposed to temperatures and deformed more may be without the seal underneath suffers.
  • the heating can be carried out here Water vapor take place, which can be supplied with excess pressure.
  • This type of heating is much easier and cheaper than heating with oil, as with a heated deflection compensation roller required would.
  • top and / or bottom roller is a deflection controllable roller, at which is a roll shell over hydrostatic support elements on a penetrating, non-rotatable one Carrier is supported.
  • Deflection control allows the line load across the width of the paper web to keep constant, so a very even one To achieve a satin finish.
  • the deflection controllable Roll a multi-zone control has, in which the support elements individually or in pairs Hydraulic fluid can be supplied at different pressures is.
  • This multi-zone control in which the individual Support elements arranged close to each other and an axial width of 5 to 20, for example cm, leads in conjunction with a soft roller jacket to influence the paper individually over very narrow areas already in the top Working gap, leading to a high level of uniformity the desired parameters across the paper web leads.
  • the calender 1 illustrated in FIG. 1 has one Roller stack consisting of eight rollers, namely a heatable, deflection controllable hard top roller 2, a soft roller 3, a heatable hard roller 4, a soft roller 5, one soft roller 6, a heatable hard roller 7, one soft roller 8 and a heatable, deflection controllable hard bottom roller 9.
  • a paper web 17 becomes a paper machine 18 fed, passes under the leadership of idlers 19 the working column 10 to 12, the alternating gap 16 and the working column 13 to 15, whereupon they are in a kelvorraum 20 is wound up.
  • the three upper working columns 10 to 12 is the paper web with one Page, in the three lower working columns 13 to 15 with the other side on the hard rollers, so that the desired surface structure on both sides, for example Gloss or smoothness is achieved.
  • each of the rollers has 2 to 9 its own drive 21. This enables retraction the paper web 17 during operation.
  • the purpose of the correct dimensioning is according to the invention provided that the sum of the line loads f1 + f2 + f3 of the top working column 10, 11 and 12 at least 80% of the total of the line loads f4 + f5 + f6 the bottom three working columns is 13, 14 and 15.
  • the top sum should be at least Amount to 80% of the lower sum.
  • the calender had a width of 8.5 m and a web speed of 800 m / min. Simply by reducing the weight of the soft ones Rolling of around 40% reached the sum of Products from medium compressive stress p and dwell time t in the working columns above the alternating gap 16 a value of 82% of the total of the products in the working gaps below the alternating gap. Through further measures you can get even higher values with the vertical stack achieve, for example, 83 to 86%. With special designs, like the inclined stack, too higher values can be achieved.
  • a 4-roll calender can also be used on the same principle be built up for simpler applications sufficient, but also one on both sides have approximately the same satin finish.
  • the roll stack illustrated in FIG. 4 has a soft top roller 102 and a soft bottom roller 109 on.
  • the alternating gap located exactly in the middle 116 is made by two soft rollers 105 and 106 limited.
  • FIG. 5 shows a 9-roll calender, which is a soft top roller 202, but a hard bottom roller 209 has.
  • the changing gap 216 is between the soft middle roller 205 and the soft one Neighbor roller 206 arranged. Otherwise change heated hard center rolls with soft rolls.
  • roller 6 are a total of seven rollers used. It is a hard top roller 302 and a soft lower roller 309 are provided. The alternating gap 316 is between the soft middle roller 305 and the neighboring one soft roller 306. Otherwise, heated hard ones change medium rolls with soft rolls.
  • roller shells can be constructed similarly to FIG. 3 and for example have a support tube made of spheroidal or lamellar graphite cast iron and wear a cover made of elastic plastic.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Delivering By Means Of Belts And Rollers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kalander sind beispielsweise aus dem Prospekt "Die neuen Superkalander-Konzepts" der Firma Sulzer Papertec Krefeld GmbH aus Mal 1994 bekannt. Sie dienen dazu, gestrichene und ungestrichene Papiere zu satinieren, beispielsweise Druckpapiere oder Silicon-Rohpapiere. Als "harte" Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten und harten Oberfläche, die im wesentlichen für die Glätte und den Glanz verantwortlich sind. Als "weiche" Walzen bezeichnet man Walzen mit einer elastischen oder weichen Oberfläche, die im wesentlichen für eine gleichmäßige Verdichtung sorgen. Der Wechselspalt ist erforderlich, damit beide Seiten der Papierbahn eine etwa gleichmäßige Behandlung erfahren. Üblich ist es, einen Kalander mit 12 bis 18 Walzen zu verwenden, wobei sich der Wechselspalt in der unteren Hälfte des Stapels befindet. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, däß die den Stapel von oben nach unten durchlaufende Papierbahn oben in geringerem Maße verformt wird als unten, well die zumeist vom oberen Ende her wirkende Belastung durch die Gewichte der Walzen und eventuell damit verbundener Teile, wie überhängender Gewichte, nach unten hin zunimmt. Dies führt zu einer von oben nach unten zunehmenden Druckspannung und/oder Verweilzeit in den Arbeitsspalten. Diese Kalander haben daher eine große Bauhöhe und sind aufgrund der großen Anzahl von Walzen sehr teuer. Ein gattungsgemäßer Kalander ist aus "Das Papier" Juli 1962, Seiten 277 bis 285 bekannt. Es handelt sich um einen Laborkalander mit 8 Walzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander der eingangs beschriebenen Art anzugeben, . der weitgehend die gleichen Satinageergebnisse für eine bestimmte Papiersorte sicherstellt, aber eine kleinere Bauhöhe hat-und dessen Herstellungs- und Betriebskosten geringer sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Konstruktion ist die Anzahl der Arbeitsspalte oberhalb des Wechselspalts gleich oder nahezu gleich der Anzahl der Arbeitsspalte unterhalb des Wechselspalts und damit geringer als beim bekannten Superkalander. Trotzdem wird nahezu das gleiche Satinageergebnis erzielt, weil - bei Beibehaltung einer maximal zulässigen Druckspannung im untersten Arbeitsspalt - wegen der geringeren Walzenzahl und wegen des geringeren Gewichtseinflusses der Walzen und eventuell damit verbundener Teile bereits im ersten Arbeitsspalt eine höhere Streckenlast als bisher wirken kann und die Streckenlastzunahme geringer als in den bekannten Fällen ist. Die weichen Walzen enthallen Hohlräume insbesondere kommen hierfür mit einem Bezug versehene Hohlrohre in Betracht. Damit wird dafür gesorgt, daß die Walzen selbst ein geringes Gewicht haben. Dies geschieht bei den harten Walzen dadurch, daß sie den kleinstmöglichen Durchmesser erhalten. Bei den weichen Walzen sollte man anstelle der kompakten und schweren Walzen mit Papierbezug leichter bauende Konstruktionen verwenden.
Die Summe der Streckenlasten ist ein guter Anhaltspunkt für die mechanische Einwirkung auf das Papier. Auch wenn die Summe der Streckenlasten oberhalb des Wechselspalts nicht identisch mit der Summe der Streckenlasten unterhalb des Wechselspalts ist, erhält man dennoch den Forderungen der Praxis voll entsprechende, hervorragende Satinageergebnisse.
Da der'Kalander eine geringere Bauhöhe hat, benötigt man auch niedrigere Gebäude, was die Aufstellungskosten erheblich senkt. Des weiteren ist der Kalander wegen der geringeren Walzenzahl sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kosten günstig.
Besonders empfehlenswert ist es, daß der Walzenstapel acht Walzen aufweist Ein solcher B-Walzen-Kalander, bei dem sich oberhalb und unterhalb des Wechselspatts je drei Arbeitsspalte befinden, leistet im wesentlichen dasselbe wie ein bekannter 12-Walzen-Kalander. Die Bahnbehandlung unterhalb des Wechselspaltes ist in beiden Fällen gleich. Die Bahnbehandlung oberhalb des Wechselspaltes wird zwar unter Fortfall von vier Arbeitsspalten durchgeführt; hierbei handelt es sich aber um die Arbeitsspalte mit dem geringsten Verformungseinfluß. Bei der neuen Konstruktion dagegen kann eine sehr hohe Streckenlast bereits im ersten Arbeitsspalt angewendet werden, so daß die Papierbahn sofort eine erhebliche Verformung erfährt. Bei gleicher Druckspannung im untersten Arbeitsspalt wie bei einem 12-Walzen-Kalander werden daher im obersten Arbeitsspalt eines B-WalzenKalanders Druckspannungen erreicht, die eine Gleichmäßigkeit im Satinageergebnis auf beiden Papierbahnseiten bewirken. Das heißt die drei Walzenspalte oberhalb des Wachselspalts beim 8-Walzen-Kalander erzielen annähernd das gleiche Resultat wie beim 12-Walzen-Kalander die ersten sieben Arbeltsspalte.
Die Kalandrierleistung läßt sich noch besser dadurch berücksichtigen, daß die Summe der Produkte aus Verweilzeit und mittlerer Druckspannung in den Arbeitsspalten oberhalb des Wechselspaltes mindestens 80 % der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten unterhalb des Wechselspalts beträgt. Denn Verweilzeit und Druckspannung sind zwei maßgebende Faktoren für die Papierverformung.
Um das wirksame Gewicht möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich, daß die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen geneigt ist. Bei dieser Konstruktion geht jeweils nur die vertikale Komponente des Gewichts in die Erhöhung der Streckenlast ein.
Vorteile bietet es auch, wenn die weiche Walze einen Kunststoffmantel aufweist. Solche Bezüge sind wesentlich dünner als Papierbezüge und dementsprechend leichter.
Hierbei empfiehlt es sich ferner, daß die weiche Walze einen faserverstärkten Kunststoff, wie Epoxidharz aufweist. Durch die Faserverstärkung, insbesondere mit Kohlefasern, läßt sich Stabilität und geringes Gewicht miteinander vereinen.
Günstig ist es, daß die Ober- und/oder Unterwalze eine weiche Walze ist. Sind beide Endwalzen weich, ergibt sich ein 6-Walzen-Kalander. Wenn nur eine Endwalze weich ist, kann man Walzenstapel mit ungerader Walzenzahl vorsehen. Außerdem können weiche Endwalzen mit geringerem Gewicht als harte Endwalzen ausgeführt werden, was die Anpassung der Streckenlastsummen oberhalb und unterhalb des Wechselspalts erleichtert.
Eine besonders geringes Gewicht erzielt man dadurch, daß der Walzenmantel aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit besteht und einen Bezug aus einem elastischen Kunststoff trägt, und daß der Kunststoff eine höhere Verschleißfestigkeit hat als das Mantelmaterial.
. Dies gilt insbesondere, wenn der Walzenmantel aus Lamellengraphitguß, also einem Gußeisen mit lamellenförmigem Graphit, besteht. Dessen Wandstärke kann gegenüber einem Hartguß-Walzenmantel um fast 50 % reduziert werden. Allerdings ist dieser Grauguß nur wenig verschleißfest. Dieser Nachteil wird aber dadurch ausgeglichen, daß der Bezug aus elastischem Kunststoff als Verschleiß-Schutzschicht dient. Für diesen Zweck genügt eine Schichtdicke zwischen B und 15 mm, vorzugsweise 10 mm.
Eine Alternative sieht vor, daß der Walzenmantel aus Kugelgraphitguß, also einem Gußeisen mit kugelförmigem Graphit, besteht. Dies erlaubt eine Wandstärkenreduzierung gegenüber Hartguß von bis zu 59 %.
In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß zumindest eine harte Walze beheizbar ist. Dies ermöglicht es, thermische Verformungsenergie zuzuführen, so daß insgesamt mit einer geringeren Streckenlast gearbeitet werden kann. Hinzu kommt aber, daß man durch unterschiedliche Beheizung in den verschiedenen Arbeitsspalten noch ein höheres Maß der Anpassung des Satinageergebnisses erzielen kann.
Mit Vorteil sind die Ober- und/oder Unterwalze beheizbar. Schon im ersten und auch im letzten Spalt ist daher Wärme zuführbar, was auf beiden Seiten der Papierbahn Korrekturmöglichkeiten bietet.
Besonders günstig ist es, daß zumindest die oberste Mittelwalze hart und beheizbar ist. Auch hier wird bereits im ersten Arbeitsspalt der Papierbahn Verformungsenergie in Form von Wärme zugeführt. Gegenüber einer sonst notwendigen Beheizung der Oberwalze hat dies aber den Vorteil, daß die Oberwalze sehr viel einfacher und billiger ausgeführt werden kann, geringeren Temperaturen ausgesetzt ist und stärker verformt werden darf, ohne daß die Abdichtung hierunter leidet.
Am günstigsten ist es allerdings, wenn alle harten Mittelwalzen beheizbar sind. Dadurch, daß man die oberste und gegebenenfalls auch die unterste Mittelwalze als harte Walze ausbildet, kann man unter Beibehaltung der Gesamt-Walzenzahl die Zahl der harten und damit beheizbaren Mittelwalzen um eine erhöhen. Dies erlaubt es, auf einfache Weise mehr Wärmeenergie oder die gleiche Wärmeenergie auf einem tieferen Temperaturniveau zuzuführen.
Hierbei kann insbesondere die Beheizung mittels Wasserdampf erfolgen, der mit Überdruck zuführbar ist. Diese Art der Beheizung ist wesentlich einfacher und preisgünstiger als die Beheizung mit Öl, wie sie bei einer beheizten Durchbiegungsausgleichswalze erforderlich wäre.
Vorzüge bietet es auch, daß die Ober- und/oder Unterwalze eine durchbiegungssteuerbare Walze ist, bei der ein Walzenmantel über hydrostatische Stützelemente auf einem ihn durchsetzenden, drehfest gehaltenen Träger abgestützt ist. Die Durchbiegungssteuerung erlaubt es, die Streckenlast über die Breite der Papierbahn konstant zu halten, um so ein sehr gleichmäßiges Satinageergebnis zu erzielen.
Empfehlenswert ist es außerdem, daß die durchbiegungssteuerbare Walze eine Vielzonen-Steuerung aufweist, bei der den Stützelementen einzeln oder paarweise Druckflüssigkeit mit unterschiedlichem Druck zuführbar ist. Diese Viel zonen-Steuerung, bei der die einzelnen Stützelemente dicht nebeneinander angeordnet sind und eine axiale Breite von beispielsweise 5 bis 20 cm haben, führt in Verbindung mit einem weichen Walzenmantel zu einer individuellen Beeinflussung des Papiers über sehr schmale Bereiche bereits im obersten Arbeitsspalt, was von vornherein zu einer hohen Gleichmäßigkeit der gewünschten Parameter quer zur Papierbahn führt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders,
Fig. 2
eine abgewandelte Ausführungsform,
Fig. 3
einen Schnitt durch eine weiche Walze,
Fig. 4
schematisch einen 6-Walzen-Kalander,
Fig. 5
schematisch einen 9-Walzen-Kalander und
Fig. 6
schematisch einen 7-Walzen-Kalander.
Der in Fig. 1 veranschaulichte Kalander 1 weist einen Walzenstapel auf, der aus acht Walzen besteht, nämlich einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Oberwalze 2, einer weichen Walze 3, einer beheizbaren harten Walze 4, einer weichen Walze 5, einer weichen Walze 6, einer beheizbaren harten Walze 7, einer weichen Walze 8 und einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Unterwalze 9. Auf diese Weise ergeben sich sechs Arbeitsspalte 10 bis 15, die je durch eine harte Walze und eine weiche Walze begrenzt sind, und in deren Mitte ein Wechselspalt 16, der durch zwei weiche Walzen 5 und 6 begrenzt ist.
Eine Papierbahn 17 wird aus einer Papiermaschine 18 zugeführt, durchläuft unter der Führung von Leitrollen 19 die Arbeitsspalte 10 bis 12, den Wechselspalt 16 und die Arbeitsspalte 13 bis 15, worauf sie in einer kelvorrichtung 20 aufgewickelt wird. In den drei oberen Arbeitsspalten 10 bis 12 liegt die Papierbahn mit der einen Seite, in den drei unteren Arbeitsspalten 13 bis 15 mit der anderen Seite an den harten Walzen an, so daß beidseitig die gewünschte Oberflächenstruktur, beispielsweise Glanz oder Glätte erreicht wird.
Wegen der direkten Verbindung des Kalanders 1 mit der Papiermaschine 18 ergibt sich ein in-line-Betrieb. Aus diesem Grund besitzt jede der Walzen 2 bis 9 einen eigenen Antrieb 21. Dies ermöglicht ein Einziehen der Papierbahn 17 während des Betriebes.
Ein Steuergerät 23 hat mehrere Funktionen:
  • a) Über eine Leitung 24 wird die Kraft P festgelegt, mit der die Oberwalze 2 nach unten gedrückt wird, wobei die Unterwalze 9 zweckmäßigerweise ortsfest gehalten ist. Die Belastung kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen, wobei die Kraft P auf die Unterwalze 9 wirkt und die Oberwalze 2 ortsfest gelagert ist.
  • b) Über die Leitungen 25 und 26 werden die Vorrichtungen 27 bzw. 28 zum Durchbiegungsausgleich der Oberwalze 2 und der Unterwalze 9 mit Druckmittel beaufschlagt. Diese Vorrichtungen sorgen dafür, daß über die Länge der Walzen eine gleichmäßige Druckspannung herrscht, wie dies an-sich bekannt ist. Hierfür können alle üblichen Vorrichtungen verwendet werden, insbesondere solche, bei denen Stützelemente nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind und einzeln oder zonenweise mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt werden können.
  • c) Die Walzen 2, 4, 7 und 9 sind beheizbar, wie dies durch Pfeile H angedeutet ist. Die Heizenergie wird über strichpunktierte Pfade 27 bis 30 zugeführt. Dies kann durch elektrische Beheizung, durch Strahlungsheizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers u dgl erfolgen.
    • Bei einer Belastung des Stapels durch eine Kraft P ergibt sich im ersten Arbeitsspalt 10 eine Streckenlast f1, die von der Kraft P und dem wirksamen Gewicht der Oberwalze 2 abhängt, im zweiten Arbeitsspalt 11 eine Streckenlast f2, die von der Kraft P und den Gewichten der beiden oberen Walzen 2 und 3 abhängt, und so fort bis zur Streckenlast f6, die von der Kraft P und den wirksamen Gewichten sämtlicher Walzen 2 bis 8 abhängt.
    Erfindungsgemäß soll der zusätzliche Gewichtseinfluß möglichst klein gehalten werden. Hierfür können verschiedene Maßnahmen einzeln oder in Kombination vorgesehen sein:
  • 1) Die harten Walzen 4 und 7 haben den kleinstmöglichen Durchmesser.
  • 2) Die Wirkebene des Walzenstapels ist schräg gestellt, also zur Vertikalen geneigt (Fig. 2). Daher wirkt die Gewichtskomponente G einer jeden Walze nur mit einer Komponente G 1 in Richtung der Strekkenlast.
  • 3) Die weichen Walzen, z.B. 3, weisen ein Tragrohr oder Walzenmantel 32 aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit mit einem Hohlraum 33 auf. Auf dem Walzenmantel ist ein Kunststoffbezug 34 angeordnet, der beispielsweise aus faserverstärktem Epoxidharz bestehen kann. Eine solche weiche Walze ist wesentlich leichter als eine übliche Walze mit einem Bezug aus Fasermaterial und hat infolge des Kunststoffbezuges eine hohe Verschleißfestigkeit.
  • 4) Überhängende Gewichte, die das wirksame Gewicht der Walze verstärken, werden in an sich bekannter Weise durch eine Stützvorrichtung kompensiert, was beispielsweise im Rahmen eines Kalanders mit an Schwenkhebeln gelagerten Walzen geschehen kann (vgl. EP 0 285 942 B1).
    • In Folge der geringen Zahl von nur acht Walzen und dem geringen Gewichtseinfluß dieser Walzen ist bei einer vorgegebenen Streckenlast f6 im untersten Arbeitsspalt 15 im obersten Arbeitsspalt 10 eine Streckenlast f1 vorhanden, die weit über den bisher üblichen Werten liegt. Dies gilt auch für die Streckenlasten f2 und f3 in den Arbeitsspalten 11 und 12. Daher ist die Behandlung in den drei ersten Arbeitsspalten 10, 11 und 12 der Behandlung in den drei letzten Arbeitsspalten 13, 14 und 15 so stark angenähert, daß auch der Satinageeffekt auf beiden Seiten der Papierbahn weitgehend gleich ist. Eventuell noch notwendige Korrekturen können mit Hilfe unterschiedlicher Beheizung der beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 vorgenommen werden.
    Zwecks richtiger Bemessung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Summe der Streckenlasten f1 + f2 + f3 der obersten Arbeitsspalte 10, 11 und 12 mindestens 80 % der Summe der Streckenlasten f4 + f5 + f6 der drei untersten Arbeitsspalte 13, 14 und 15 ist.
    Zu ähnlichen Ergebnissen führt es, wenn man nicht die Streckenlast in den einzelnen Spalten, sondern die Verweilzeit t und die Druckspannung p in jedem Arbeitsspalt berücksichtigt, indem die Summe der Produkte t. p für die drei obersten Arbeitsspalte mit der Summe dieser Produkte für die drei unteren Arbeitsspalte verglichen wird. Auch hier sollte die obere Summe mindestens 80 % der unteren Summe betragen.
    Bei einem Ausführungsbeispiel mit vertikalem Walzenstapel gemäß Fig. 1 besaß der Kalander eine Breite von 8,5 m und eine Bahngeschwindigkeit von 800 m/min. Allein durch eine Gewichtseinsparung bei den weichen Walzen von rund 40 % erreichte die Summe der Produkte aus mittlerer Druckspannung p und Verweilzeit t in den Arbeitsspalten oberhalb des Wechselspaltes 16 einen Wert von 82 % der Summe der Produkte in den unterhalb des Wechselspalts gelegenen Arbeitsspalten. Durch weitere der angeführten Maßnahmen lassen sich beim vertikalen Stapel noch höhere Werte von beispielsweise 83 bis 86 % erzielen. Mit Sonderkonstruktionen, wie dem geneigten Stapel, sind auch darüber liegende Werte erreichbar.
    Als Druckspannung p im Arbeitsspalt, insbesondere im untersten Spalt ergaben sich Werte zwischen 45 und 60 N/mm2. Mit Hilfe der Beheizung H erhielten die beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 eine Oberflächentemperatur zwischen 100 und 150° C. Die Durchmesser der weichen Walzen und die Elastizität ihres Belages 34 waren so gewählt, daß sich eine Spaltbreite von etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm ergab. Dies führt in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit zu Verweilzeiten t in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 ms. Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur T nur wenig über der unteren Grenze liegt, also beispielsweise bei 110° C, wenn die Druckspannung p nur wenig über der unteren Grenze liegt, beispielsweise bei 50 N/mm2. Gegenüber einem 12-Walzen-Kalander genügen daher geringfügige Erhöhungen der thermischen und mechanischen Energie, um dieselben Satinierergebnisse bei einem 8-Walzen-Kalander zu erzielen.
    Nach dem gleichen Prinzip kann auch ein 4-Walzen-Kalander aufgebaut werden, der für einfachere Anwendungszwecke ausreicht, aber ebenfalls eine auf beiden Seiten etwa gleiche Satinage bewirkt.
    Der in Fig. 4 veranschaulichte Walzenstapel weist eine weiche Oberwalze 102 und eine weiche Unterwalze 109 auf. Der genau in der Mitte befindliche Wechselspalt 116 wird durch zwei weiche Walzen 105 und 106 begrenzt. Zwei harte Walzen 103 und 107, welche den Endwalzen 102 und 109 benachbart sind, werden mit Wasserdampf, der mit Überdruck zugeführt wird, beheizt.
    Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen befand sich der Wechselspalt genau in der Mitte des eine gerade Anzahl von Walzen aufweisenden Walzenstapels. Nachstehend werden Stapel mit einer ungeraden Walzenanzahl beschrieben.
    In Fig. 5 ist ein 9-Walzen-Kalander veranschaulicht, der eine weiche Oberwalze 202, aber eine harte Unterwalze 209 aufweist. Der Wechselspalt 216 ist zwischen der weichen mittelsten Walze 205 und der weichen Nachbarwalze 206 angeordnet. Im übrigen wechseln beheizte harte Mittelwalzen mit weichen Walzen ab.
    Beim Walzenstapel gemäß Fig. 6 werden insgesamt sieben Walzen verwendet. Es ist eine harte Oberwalze 302 und eine weiche Unterwalze 309 vorgesehen. Der Wechselspalt 316 befindet sich zwischen der weichen mittelsten Walze 305 und der benachbarten weichen Walze 306. Im übrigen wechseln beheizte harte mittlere Walzen mit weichen Walzen ab.
    Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 bis 6 ist angedeutet, daß die Oberwalzen und Unterwalzen in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 mit hydraulischen Stützelementen versehen sind. Die Walzenmäntel können ähnlich wie in Fig. 3 aufgebaut sein und beispielsweise ein Tragrohr aus Kugel- oder Lamellengraphitguß aufweisen und einen Bezug aus elastischem Kunststoff tragen.

    Claims (17)

    1. Kalander mit einem Walzenstapel, der zwischen jeweils einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte (10 bis 15) und einen zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt (16) aufweist, für die Behandlung einer Papierbahn, die in den Arbeitsspalten jeweils für eine Verweilzeit einer Druckspannung ausgesetzt ist, wobei der Walzenstapel weniger als 10 Walzen aufweist und der Wechselspalt (16) in der Mitte des Stapels angeordnet ist, d.h. bei gerader Walzenzahl zwischen den beiden mittelsten Walzen und bei ungerader Walzenzahl zwischen der mittelsten Walze und einer benachbarten Walze, dadurch gekennzeichnet, daßunter Verwendung von Hohlräume (33) enthaltenden weichen Walzen (3) das wirksame Gewicht der Walzen (2 bis 8) und eventuell damit verbundener Teile so gering ist, daß die Summe der Streckenlasten (f1 + f2 + f3) der Arbeitsspalte (10, 11, 12) oberhalb des Wechselspalts (16) mindestens 80 % der Summe der Streckenlasten (f4 + f5 +f6) der Arbeitsspalte (13, 14, 15) unterhalb des Wechselspaltes (16) beträgt.
    2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenstapel acht Walzen (2 bis 9) aufweist.
    3. Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Produkte aus Verweilzeit (t) und mittlerer Druckspannung (P) in den Arbeitsspalten (10, 11, 12) oberhalb des Wechselspaltes (16) mindestens 80 % der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten (13, 14, 15) unterhalb des Wechselspalts (16) beträgt.
    4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen geneigt ist.
    5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen Kunststoffmantel (34) aufweist.
    6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen faserverstärkten Kunststoff aufweist.
    7. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (102, 109; 202; 309) eine weiche Walze ist.
    8. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (102, 109; 202, 309) einen Walzenmantel (32) aufweist, der aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit besteht und einen Bezug (34) aus einem elastischen Kunststoff trägt, und daß der Kunststoff eine höhere Verschleißfestigkeit hat als das Mantelmaterial.
    9. Kalander nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (32) aus Lamellengraphitguß besteht.
    10. Kalander nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (32) aus Kugelgraphitguß besteht.
    11. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine harte Walze (2, 4, 7, 9) beheizbar ist.
    12. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9) hart und beheizbar ist.
    13. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die oberste Mittelwalze (4; 103) hart und beheizbar ist.
    14. Kalander nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle harten Mittelwalzen (4, 6, 8, 11, 13; 103, 107) beheizbar sind.
    15. Kalander nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung mittels Wasserdampf erfolgt, der mit Überdruck zuführbar ist.
    16. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9; 102, 109; 202, 209; 302, 309) eine durchbiegungssteuerbare Walze ist, bei der ein Walzenmantel über hydrostatische Stützelemente (27, 28) auf einem ihn durchsetzenden, drehfest gehaltenen Träger abgestützt ist.
    17. Kalander nach Anspruch 7 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbiegungssteuerbare Walze (102, 109; 202; 309) eine Vielzonen-Steuerung aufweist, bei der den Stützelementen (27, 28) einzeln oder paarweise Druckflüssigkeit mit unterschiedlichem Druck zuführbar ist.
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