Die Erfindung betrifft ein Schuhpressenbelt nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Ein solches Schuhpressenbelt, das im Deutschen auch als Preßmantel
bezeichnet wird, wird in Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen
zur weitgehenden Entwässerung des jeweiligen Produktes
(Naßpresse) oder auch zur Veredlung der Oberfläche
(Kalander) eingesetzt. Die entsprechenden Naßpressen bzw. Kalander
haben einen verlängerten Pressenspalt ("Preßnip") und
werden daher auch als Schuhpressen bezeichnet.
In ihrem Pressenspalt kommt das Schuhpressenbelt oder der
Preßmantel auf seiner Rückseite (Unterseite) mit dem eigentlichen
Pressenschuh in Gleitkontakt und muß daher auf dieser
Seite ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen. Auf seiner
Vorderseite (Oberseite) kommt das Schuhpressenbelt mit einem
Entwässerungsfilz (und über diesen indirekt mit dem jeweiligen
Produkt) oder - bei einem Kalander - auch direkt mit dem
Produkt in Berührung, welches durch eine rotierende Walze angedrückt
wird.
Neben den erwähnten Gleiteigenschaften der Rückseite kommt es
hierbei auch auf die Flüssigkeitsundurchlässigkeit des Belts
an, denn es soll weder Wasser aus dem Produkt bzw. Entwässerungsfilz
auf den Pressenschuh gelangen, noch darf Schmiermittel
von diesem in das Produkt bzw. den Filz kommen. Zudem
sind bestimmte Elastizitäts- und Biegeeigenschaften gefordert.
Schuhpressenbelts sind in verschiedenen Ausführungen aus dem
Stand der Technik bekannt.
So beschreibt die EP 0 420 372 B1 ein gattungsgemäßes Schuhpressenbelt
mit einem Basisgewebe in Form einer endlosen
Schleife mit innen- und außenseitiger, glatter Polymerharzbeschichtung,
die das Gewebe impermeabel für Flüssigkeiten
macht und ihm eine gleichförmige Dicke verleiht. Als Polymerharz,
welcher das Elastomere bildet, wird hier Polyurethan
genannt.
Aus der DE 50 20 005 C1 ist ein weiteres Band zum Einsatz in
Papiermaschinen, insbesondere in Naßpressen mit verlängertem
Pressenspalt (Schuhpressen), bekannt. Das Band hat eine auf
der Rückseite glatte, biegsame, flüssigkeitsundurchlässige
Bandschicht und auf der Vorderseite eine Trägerbahn und eine
daran befestigte Faserschicht.
Auch aus der DE 42 02 731 A1 ist ein gattungsgemäßer Preßmantel
für eine Schuhpresse bekannt, der ein elastomeres Mantelmaterial
und zwei Lagen von Verstärkungsfäden aufweist.
Zur Spezifikation des Mantelmaterials wird hier einerseits
auf ein quellfähiges Material, andererseits auf Polyurethan
hingewiesen.
Aus der WO 95/16820 ist ein Papiermaschinengewebe - speziell
ein Schuhpressenbelt - beschrieben, bei dem ein Trägergewebe
mit einer Polymerbeschichtung versehen ist, welche ein
tixotropes Material (beispielsweise Aramit oder Kieselglas)
aufweist. Als Basismaterial ist auch hier speziell Polyurethan
genannt.
Schließlich ist aus der DE 44 38 354 A1 ein weiterer Preßmantel
aus elastomerem Material bekannt, in das eine im wesentlichen
parallel zur Oberfläche verlaufende Gewebeschicht
aus einem hochfesten Material - beispielsweise Aramidfasern -
eingebettet ist.
Aus der DE 299 23 825 U1 ist ein weiterer Preßmantel bzw. ein
Preßband oder eine Walzenbeschichtung für die Papier-, Zellstoff-,
Tissue-, Druck- oder Textilindustrie bekannt, welches
aus einem Kautschuk-Polymeren besteht und in das zur Erhöhung
des Elastizitätsmoduls Natur- und/oder Synthetikfasern mit
einer Ausrichtung im Laufrichtung eingebettet sind.
Weiterhin ist in der älteren europäischen Patentanmeldung
01 109 618.7 der Anmelderin ein Weichgummi-Schuhpressenbelt
mit einer textilen Verstärkungsschicht beschrieben.
Diesen bekannten Lösungen gegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Schuhpressenbelt mit weiter verbesserten
Gebrauchseigenschaften, insbesondere optimierten Elastizitätseigenschaften
und vorteilhaftem mehrdimensionalem Krümmungsverhalten,
zur Erreichung eines ruhigen Maschinenlaufes
bei geringen Antriebsleistungen und hoher Gesamtlaufzeit zugrunde.
Diese Aufgabe wird durch ein Schuhpressenbelt mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Im Ergebnis der Erfindung wird
auch eine verbesserte Naßpresse bzw. ein verbesserter Kalander
für die Papier-, Karton- und Tissueherstellung bereitgestellt.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, das
Schuhpressenbelt aus einem sehr weichen und anschmiegsamen
(und zudem hinreichend kostengünstigen) Elastomeren auszubilden,
wodurch ihm insgesamt ein ungewöhnlich geringes Biegemoment
und ein geringer Gesamt-Elastizitätsmodul verliehen
werden können. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken
ein, daß Schupressenbelt auf einer für eine Vielzahl von Anwendungen
einheitlichen Weichgummi-Trägerschicht mit integrierter
Textilverstärkung aufzubauen, auf der (oder mit der
zusammenhängend) eine elastomere Deck- oder Verschleißschicht
gebildet ist. Schließlich ist es für den Erfolg der Erfindung
von Bedeutung, daß die mechanischen Eigenschaften des die
Trägerschicht und Deckschicht bildenden Elastomeren nicht zu
stark voneinander abweichen.
In der Kombination dieser vorteilhaft eingestellten Parameter
liegt die Erzielung der oben erwähnten, in mehreren Aspekten
verbesserten Gebrauchseigenschaften begründet.
Daneben bietet der vorgeschlagene Aufbau die Möglichkeit einer
Auswahl des Materials der Deckschicht aus verschiedenen
geeigneten Elastomeren, die jeweils besondere Vorteile hinsichtlich
der Temperatur- Öl- oder Biegewechselbeständigkeit
oder auch der Qualität der Beltoberfläche (zur Herstellung
besonders hochwertiger oder speziell strukturierter Papieroberflächen).
Es gibt hier praktisch keine Einschränkungen
mehr bezüglich des Oberflächendesigns. Das vorgeschlagene
Schuhpressenbelt ist auch künftigen Entwicklungen an Papiermaschinen
- wie zu erwartenden höheren Prozeßtemperaturen -
gewachsen und auf praktisch jeden vorkommenden Anwendungsfall
optimal abstimmbar.
In einer ersten bevorzugten Ausführung besteht die Deckschicht
im wesentlichen aus einem - als solchem bekannten -
Polyurethanmaterial, wobei dessen Härte hier insbesondere
(ebenso wie die des Materials der Trägerschicht) im Bereich
zwischen 20 und 50 P+J liegt. Mit dieser PU-Verschleißschicht
ist insbesondere eine Optimierung des Oberflächenprofils gemäß
den Anwenderforderungen möglich.
In einer hierzu alternativen Ausführung, die insbesondere
eine hervorragende Temperatur- Öl- und Biegewechselbeständigkeit
bietet, besteht die Deckschicht im wesentlichen aus
Weichgummi, dessen Härte mit derjenigen des Weichgummis der
Trägerschicht im wesentlichen übereinstimmt und die zusammenhängend
mit der Trägerschicht gebildet sein kann.
In einer vorteilhaften Ausführung umfaßt die Weichgummi-Trägerschicht
und wahlweise vorgesehene Weichgummi-Deckschicht
des Belts einen hochgradig abriebfesten Gummi-Compound
aus mehreren Kautschuk- bzw. Silikonkautschuk-Zusammensetzungen.
Diese Zusammensetzungen sind im Compound insbesondere
homogen miteinander vermischt.
Durch Wahl der konkreten Zusammensetzung bzw. Zusammensetzungen
ist eine Einstellung der Härte der Weichgummischicht
nach den Bedürfnissen des jeweiligen Einsatzfalles,
also nach Kundenwunsch, möglich. Die Härte liegt bevorzugt
bei ca. 35 P+J.
Um die Bruchfestigkeit des Belts den hohen Beanspruchungen
anzupassen, ist in die Trägerschicht eine Faserverstärkung
(fibre reinforcement) bzw. ein Verbundwerkstoff eingearbeitet.
Diese textile Verstärkungskomponente ist nach derzeitigem
Kenntnisstand bevorzugt als Fadengelege in Umfangs-
und/oder Längsrichtung des Belts ausgebildet. Auch eine Ausführung
als Stapelfaservlies aus Kurzfasern - als eigenständige
Verstärkungsschicht oder in Kombination mit einer weiteren
Verstärkung, beispielsweise dem erwähnten Fadengelegt, -
erscheint als sinnvoll. Auch der Einsatz eines Gewebes als
Verstärkungsschicht ist möglich.
Als Verstärkungsmaterial können insbesondere modifizierte
Glasfasern oder Kohlenstoffasern, insbesondere aber auch hoch
feste Kunststoffasern, eingesetzt werden. Bei letzteren ist
insbesondere an Polyester- und Polyamid-Copolymere oder Aramid
zu denken. In Anpassung an Kundenanforderungen sind auch
Kombinationen bzw. Mischungen dieser Materialien zweckmäßig
einsetzbar.
Die Textilverstärkung ist bevorzugt nahe der Rückseite der
Trägerschicht im Elastomer-Textil-Verbund eingearbeitet, um
einerseits das gummielastische Verhalten auf der Vorderseite
des Belt nicht zu beeinträchtigen und andererseits ein möglichst
geringes Biegemoment an der Schuhkrümmung und an den
Beltenden und damit insgesamt die beabsichtigte Optimierung
des mehrdimensionalen Krümmungsverhaltens zu gewährleisten.
Gemäß den üblichen Spezifikationen von Papiermaschinen liegt
die Dicke der Trägerschicht zweckmäßigerweise im Bereich zwischen
4 und 6 mm, standardmäßig bei 5 mm, und die Dicke der
Deckschicht kann zwischen etwa 2 und 6 mm variieren. In diesem
Sinne wird die Gesamtdicke des Belts (in Abstimmung auf
die Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften der einzelnen
Materialien) insbesondere im Bereich zwischen 5 und 10 mm,
standardmäßig bei ca. 7,5 mm, gewählt.
Die Vorderseite des Belts kann glatt ausgeführt sein, was
insbesondere beim Einsatz in einem Kalander zweckmäßig sein
wird. Sie kann aber - speziell für den Einsatz in einer Naßpresse
- auch eine ausgeprägte Struktur aufweisen. Als bevorzugt
erscheint derzeit eine Struktur mit Ausnehmungen in Art
von Sacklöchern. Diese können insbesondere annähernd zylindrisch
und voneinander isoliert gebildet sein. Es sind aber
auch Strukturen mit untereinander verbundenen Ausnehmungen,
Rillenstrukturen o.ä. anwendbar.
Je nach konkreten Einsatzbedingungen macht die offene Querschnittsfläche
der strukturierten Vorderseite (d.h. die Gesamtfläche
der Ausnehmungen) zweckmäßigerweise 10 bis 50 %
der Vorderseiten-Gesamtfläche des Belt aus. Für herkömmliche
Naßpressen-Anwendungen erscheint ein Flächenanteil der Öffnungen
von ca. 20 % als angemessen. Die Ausnehmungen haben
insbesondere laterale Abmessungen im Bereich zwischen 0,5 und
5 mm, insbesondere zwischen 1 und 3 mm. Ihre Tiefe liegt
zweckmäßigerweise im gleichen Bereich.
Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung hat
das Schuhpressenbelt eine gegenüber herkömmlichen Belts deutlich
verringerte Steifigkeit bzw. - umgerechnet auf den Querschnitt
- Biegespannung. So liegt die zur Erreichung einer
Durchbiegung von 15 mm bei einem Dreipunkt-Biegeversuch an
einem 30 mm breiten und 5 mm dicken Prüfling auf zwei in 100
mm Abstand angeordneten Auflagen aufzuwendende Kraft bevorzugt
bei 17 N oder weniger, insbesondere 13 N oder weniger,
und die Biegespannung liegt unterhalb von 110 N/cm2 und insbesondere
unterhalb von 90 N/cm2. Bei einer praktisch bevorzugten
Ausführung des erfindungsgemäßen Belts wurden eine
Kraft von 11 N und eine Biegespannung von 70 N/cm2 gemessen.
Mit einer derartigen Elastizität trägt es wesentlich zur Einsparung
von Antriebsleistung und einem ruhigen Lauf der jeweiligen
Naßpresse bzw. des Kalanders bei, ohne daß andererseits
wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Standzeit
in Kauf genommen werden müßten. Im Gegenteil beeinflussen die
verringerten verformungsabhängigen Materialspannungen die
Lauf- bzw. Standzeit des Belts sogar positiv.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich im übrigen aus den
Unteransprüchen sowie der nachfolgenden, skizzenartigen Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von
diesen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Längsschnittdarstellung des Naßpressenabschnitts
einer Papiermaschine und
- Fig. 2
- eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schuhpressenbelts
einer solchen Naßpresse.
Fig. 1 zeigt in einer Ausschnittsdarstellung den Pressenspalt
einer Naßpresse 1 einer Papiermaschine mit verlängertem Pressenspalt
(Schuhpresse). Einem Pressenschuh 3 gegenüber ist
eine Preßwalze 5 angeordnet, und in dem zwischen beiden gebildeten
Preßspalt (Preßnip) 7 wird zwischen einem auf dem
Pressenschuh 3 gleitenden Schuhpressenbelt 9, einem Preßfilz
11 und der Oberfläche der Preßwalze 5 eine Papierbahn 13 entwässert.
Der Schuhpressenbelt 9 muß einerseits eine Elastizität und
Biegsamkeit haben, die ein möglichst gutes Anliegen an der
gekrümmten Oberfläche des Pressenschuhs 3 und die gleichmäßige
Ausübung eines elastischen Andruckes an die Papierbahn
13 (über den Preßfilz 11) gewährleistet. Andererseits muß er
hinreichend stabil ausgeführt sein, um der hohen Dauerbeanspruchung
(Zug-, Druck- und Schwingungsbeansrpuchung) im
Pressenspalt 7 über eine wirtschaftlich akzeptable Standzeit
gewachsen zu sein. Die Härte des Weichgummis liegt in der
Standardausführung bei 35 P+J, ist aber nach Kundenwunsch
durch entsprechende Variation und Mischung von Kautschukzusammensetzungen
in weiten Grenzen variierbar. Der Weichgummi
ist bei Einsatztemperaturen von oberhalb 100 °C im Dauereinsatz
verwendbar und hält Temperaturspitzen von bis ca. 130 °C
aus.
Die Gesamtfläche der Öffnungen liegt bei 20 % der Vorderfläche
des Belt oder alternativ können in die Deckschicht (nicht
dargestellte) Rillen mit vergleichbaren Abmessungen eingearbeitet
sein. Mit dem Trägerband 9a ist fest eine Polyoritan-Verschleißschicht
9c aus einem PU-Material verbunden, dessen
Härte ebenfalls bei ca. 35 P+J liegt und deren mechanische
Eigenschaften daher weitgehend mit denjenigen des Trägerbandes
übereinstimmen.
Ein zur Erfüllung dieser Anforderungen geeignetes Schuhpressenbelt
9 ist in Fig. 2 (schematisch) im Schnitt dargestellt.
Dieses Schuhpressenbelt 9 hat als Basis ein Weichgummi-Trägerband
9a, nahe dessen Rückseite eine Textilverstärkung 9b
mit einem Fadengelege aus Kohlenstoffasern oder modifizierten
Glasfasern oder Aramidfasern integral eingearbeitet ist. Die
Gesamtdicke des Belt beträgt 7,5 mm, im Bereich der seitlichen
Lippen 9d ca. 5 mm. In die freie Oberfläche der Verschleißschicht
9c sind Blindlöcher 9e mit einem Durchmesser
von 2,5 mm und einer Tiefe von 2 mm eingeformt. Die Dicke der
Trägerschicht bzw. des Trägerbandes 9a beträgt 5 mm und die
Dicke der PU-Deck- bzw. -Verschleißschicht 2,5 mm.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel
beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen
- sowohl hinsichtlich der Materialien der einzelnen Komponenten
als auch hinsichtlich der geometrischen Abmessungen -
möglich.
Bezugszeichenliste
- 1
- Naßpresse
- 3
- Pressenschuh
- 5
- Preßwalze
- 7
- Pressenspalt
- 9
- Schuhpressenbelt
- 9a
- Trägerband
- 9b
- Textilverstärkung
- 9c
- Verschleißschicht
- 9d
- Blindlöcher
- 11
- Preßfilz
- 13
- Papierbahn