EP1329549B1 - Kalander - Google Patents

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EP1329549B1
EP1329549B1 EP20020027999 EP02027999A EP1329549B1 EP 1329549 B1 EP1329549 B1 EP 1329549B1 EP 20020027999 EP20020027999 EP 20020027999 EP 02027999 A EP02027999 A EP 02027999A EP 1329549 B1 EP1329549 B1 EP 1329549B1
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EP
European Patent Office
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hard
roll
rolls
nip
rollers
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Jochen Autrata
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Voith Patent GmbH
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Voith 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
    • D21G1/002—Opening or closing mechanisms; Regulating the pressure
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
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    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0246—Hard rolls

Definitions

  • the invention relates to a calender with a stack of rolls of at least five rolls, of which at least two are formed as hard rolls and the rest as soft rolls forming nips therebetween, wherein at least one nip is operable independently of the other nips as Einzelnip.
  • Such a calender is known from US 6,248,215 B1.
  • the rollers are adjustable so that there are two open nips between two closed nips.
  • Such calenders are well known. With a number of rolls of five to eight, such calenders are referred to as “Janus” calenders. Ten or more rolls are supercalenders. The rollers have “soft” rollers whose surface is covered with plastic. These soft rolls work together with “hard” rolls whose surface is substantially harder than the surface of the soft rolls. A hard roller and a soft roller together form a "soft" nip, in which a material web, mainly a paper web, with increased pressure and, if one of the two rolls is heated, can also be subjected to an elevated temperature. When the web passes through the nip, it is compacted. At the same time, their surface properties, in particular gloss and smoothness, are improved.
  • either two such roll stacks can be connected in series one behind the other or a so-called alternating nip is provided, in which two soft rolls co-operate.
  • the soft rolls are hereinafter also referred to as "elastic rolls”.
  • calenders have been built, which can be operated in two different operating modes. It is on the one hand possible to close all nips and then lead the train through a corresponding number of nips. As a result, this operation is referred to as "normal operation". On the other hand, it is also possible to guide the web only through a single nip and there to pressurize and possibly temperature. This nip is then called a single nip or single nip. The other nips stay with one Operating mode open, because the rollers would be damaged if they lie against each other without interposition of a paper web and rotate with it. The operator of such a calender can thus drive the calender either in Einzelnip mode or in normal operation and so satin different paper types, without having to have two different machines ready.
  • single-pin operation which is also referred to as "single-nip operation".
  • the height of the line load is limited by the hard roller, which otherwise serves as an intermediate roller.
  • the Einzelelnip operation is therefore only possible as long as the deflection adjustment of the curvature of the hard roller can follow and the hard roller is grown in the rest of the compressive stress without support by another intermediate roller.
  • the corresponding hard roller In order to achieve a certain line load in the Einzelnip, the corresponding hard roller must be sized accordingly large. Since it often wants to provide all the hard rolls of a roll stack with the same diameter, it may then happen that the height of the line load in single-nip operation the sizes of all hard rolls in the calender determined. Basically, all rollers that are not involved in single-nip operation are oversized.
  • the invention has for its object to make the calender cheaper.
  • the single-nip limiting hard roll has a larger modulus of elasticity than the other hard rolls.
  • this roller is much more rigid, so that it opposes the deformation by the voltage applied to the individual nip counter roller a greater resistance.
  • the line load achieved due to the increased stiffness of the hard roll is then sufficient to satinize a paper web in Einzelnip-operation.
  • the modulus of elasticity of the single-lip limiting hard roll is at least 50% greater than the modulus of elasticity of the remaining hard rolls. This is a significant increase. Although the possible line load will not increase in the same proportion. However, the achievable with such a stiffer roller line loads are sufficient to satinize the web in Einzelelnip operation sufficient.
  • the single-nip limiting hard roll is made of steel and the remaining hard rolls are formed of chilled cast iron.
  • Hard casting is the usual material for "normal" hard rolls.
  • the single nip is formed between a soft end roll and a hard intermediate roll.
  • the soft end roller has the deflection adjustment members, and the improved flexural rigidity is fully effective in the hard roller.
  • the single nip limiting hard roll is designed as a heating roller. Even in Einzelelnip operation, you can not only with increased paper web Pressure, but also apply to elevated temperature.
  • a calender 1 has five rollers 2-6, of which the two end rollers 2, 6 and the middle intermediate roller 4 carry an elastic covering 7-9 made of a plastic.
  • the thickness of the elastic covering 7-9 is shown exaggerated here.
  • the two end rollers 2, 6 are formed as deflection adjustment rollers, i. they have hydrostatically lubricated support elements 10, 11, which are shown only schematically. With the support elements 10, 11, it is possible to give the two end rollers 2, 6 a desired bending line.
  • the upper end roller 2 is fixedly mounted in a stand 12.
  • the lower end roller 6 is supported by a hydraulic piston-cylinder arrangement 13 and can be loaded upward with a contact pressure.
  • the center rollers 3, 4, 5 are articulated in the stand 12 via levers 14, 15, 16. Schematically illustrated stops 17, 18, 19 limit movement of the intermediate rollers 3, 4, 5 down when the lower end roller 6 is lowered.
  • the lever 16 of the lowermost intermediate roll 5 cooperates with a hydraulic cylinder 20, which is also mounted in the stand 12.
  • the lever 16 may be designed for example as a two-armed lever, which is pivotable about a hinge point 21 in the stator 12. When the cylinder 20 is pressurized, it can lock the intermediate roller 5 in a lowered position, as shown in FIG. However, it does not have to be the lowest end position of the lower intermediate roller 5.
  • a paper web 22 is passed through all the nips 23-26 which are formed between the rollers 2-6, when these rollers abut in pairs with the interposition of the paper web 22 to each other. Guiding agent for the paper web 22 are not shown in detail for reasons of clarity. Also other additional elements, such as drives of the rollers 2-6 are not shown.
  • the hard rollers 3, 5 disposed between the soft rollers 2, 4, 6 are formed as heating rollers, i.
  • they include peripheral bores 27 through which a heating medium, such as hot water, hot oil or steam, may flow to heat the surface of the hard rolls 3, 5 to a surface temperature in the range of 80 ° to 160 ° C.
  • a heating medium such as hot water, hot oil or steam
  • the hard rollers 3, 5 have the same diameter. This is not an equality in the mathematically exact sense to understand. Rather, it is about identical diameter, but the diameter of the rollers can be changed by reworking measures, such as twisting or the like.
  • the lower intermediate roll 5 consists of a material with a relatively large modulus of elasticity, namely of steel with an E-modulus of 210,000 N / mm 2 or under the designation KSTV of the roll Irle GmbH, D-57244 Netphen, Germany, available chrome steel with an E-modulus of 205,000 N / mm 2 , while the other hard roll 3 consists of chilled cast iron with an E-modulus of 130,000 N / mm 2 .
  • the lower intermediate roll 5 is thus much more rigid than the upper intermediate roll 3.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kalander mit einem Walzenstapel aus mindestens fünf Walzen, von denen mindestens zwei als harte Walzen und die übrigen als weiche Walzen ausgebildet sind, die zwischen sich Nips ausbilden, wobei mindestens ein Nip unabhängig von den anderen Nips als Einzelnip betreibbar ist.
  • Ein derartiger Kalander ist aus US 6 248 215 B1 bekannt. Die Walzen sind so einstellbar, daß sich zwischen zwei geschlossenen Nips zwei geöffnete Nips befinden.
  • Derartige Kalander sind allgemein bekannt. Bei einer Walzenzahl von fünf bis acht werden derartige Kalander als "Janus"-Kalander bezeichnet. Bei zehn oder mehr Walzen handelt es sich um Superkalander. Bei den Walzen gibt es "weiche" Walzen, deren Oberfläche mit einem Kunststoffbezug versehen ist. Diese weichen Walzen wirken zusammen mit "harten" Walzen, deren Oberfläche wesentlich härter als die Oberfläche der weichen Walzen ist. Jeweils eine harte Walze und eine weiche Walze bilden zusammen einen "weichen" Nip, in dem eine Materialbahn, hauptsächlich eine Papierbahn, mit erhöhtem Druck und, falls eine der beiden Walzen beheizt ist, auch mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt werden kann. Wenn die Materialbahn durch den Nip geführt wird, wird sie verdichtet. Gleichzeitig werden ihre Oberflächeneigenschaften, insbesondere Glanz und Glätte, verbessert.
  • Um beide Seiten der Materialbahn an einer harten Walze anliegen zu lassen, können entweder zwei derartige Walzenstapel hintereinander in Reihe geschaltet sein oder es ist ein sogenannter Wechselnip vorgesehen, in dem zwei weiche Walzen zusammenwirken. Die weichen Walzen werden im folgenden auch als "elastische Walzen" bezeichnet.
  • Bei manchen Papiersorten ist es erforderlich, die Papierbahn durch eine größere Anzahl von Nips laufen zu lassen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Bei einfacheren Papiersorten kann es hingegen ausreichen, die Papierbahn in lediglich einem einzelnen Nip zu behandeln.
  • Aus diesem Grunde hat man Kalander gebaut, die in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben werden können. Es ist zum einen möglich, alle Nips zu schließen und die Bahn dann durch entsprechend viele Nips zu führen. Dieser Betrieb wird infolgedessen als "normaler Betrieb" bezeichnet. Es ist andererseits auch möglich, die Bahn lediglich durch einen einzelnen Nip zu führen und dort mit Druck und ggf. Temperatur zu beaufschlagen. Dieser Nip wird dann als Einzelnip oder Single-Nip bezeichnet. Die übrigen Nips bleiben bei einer derartigen Betriebsweise offen, da die Walzen beschädigt werden würden, wenn sie ohne Zwischenlage einer Papierbahn aneinanderliegen und mitdrehen müssen. Der Betreiber eines derartige Kalanders kann also den Kalander entweder im Einzelnip-Betrieb oder im normalen Betrieb fahren und so unterschiedliche Papiersorten satinieren, ohne daß er dafür zwei unterschiedliche Maschinen bereithalten muß.
  • Dabei ergibt sich allerdings folgende Problematik: Im normalen Betrieb, bei dem alle Walzen aneinander anliegen, sind die Zwischenwalzen beidseitig abgestützt. Ihre Durchbiegung wird also im wesentlichen durch die Durchbiegung der jeweiligen Endwalzen bestimmt, die in der Regel als Durchbiegeeinstellwalzen ausgebildet sind. Darüber hinaus kommt man mit einer relativ niedrigen Streckenlast aus, weil die Materialbahn in einer Vielzahl von Nips behandelt wird.
  • Anders sieht es im Einzelnip-Betrieb aus, der auch als "Single-Nip-Betrieb" bezeichnet wird. In diesem Fall wird die Höhe der Streckenlast von der harten Walze begrenzt, die sonst als Zwischenwalze dient. Der Einzelnip-Betrieb ist also nur möglich, solange die Durchbiegungseinstellwalze der Krümmung der harten Walze folgen kann und die harte Walze im übrigen der Druckbeanspruchung auch ohne Rückhalt durch eine weitere Zwischenwalze gewachsen ist. Um eine bestimmte Streckenlast in dem Einzelnip zu erzielen, muß die entsprechende harte Walze entsprechend groß dimensioniert werden. Da man vielfach alle harten Walzen eines Walzenstapels mit dem gleichen Durchmesser versehen will, kann es dann vorkommen, daß die Höhe der Streckenlast im Single-Nip-Betrieb die Größen aller harten Walzen im Kalander bestimmt. Damit sind im Grunde alle Walzen, die nicht am Single-Nip-Betrieb beteiligt sind, überdimensioniert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kalander kostengünstiger zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß alle harten Walzen den gleichen Durchmesser aufweisen und die harte Walze, die den Einzelnip begrenzt, mit einer höheren Streckenlast als die mindestens eine andere harte Walze belastbar ist.
  • Damit ist es möglich, alle harten Walzen mit dem gleichen Durchmesser zu verwenden und trotzdem im Einzelnip-Betrieb die gewünschten hohen Streckenlasten zu fahren. Es muß lediglich eine einzige Walze, nämlich die den Einzelnip begrenzende Walze, auf eine höhere Belastbarkeit ausgelegt werden. Die übrigen harten Walzen oder jedenfalls die mindestens eine übrige harte Walze kann hingegen preisgünstiger ausgeführt werden, weil sie lediglich im Normalbetrieb verwendet wird, bei dem alle Nips geschlossen sind und diese Walze dann auf beiden Seiten abgestützt ist.
  • Vorzugsweise weist die den Einzelnip begrenzende harte Walze einen größeren E-Modul als die übrigen harten Walzen auf. Damit wird diese Walze wesentlich biegesteifer, so daß sie der Verformung durch die im Einzelnip anliegende Gegenwalze einen größeren Widerstand entgegensetzt. Die Streckenlast, die aufgrund der vergrößerten Steifheit der harten Walze erzielt wird, ist dann ausreichend, um eine Papierbahn im Einzelnip-Betrieb zu satinieren.
  • Vorzugsweise ist der E-Modul der den Einzelnip begrenzenden harten Walze um mindestens 50 % größer als der E-Modul der übrigen harten Walzen. Dies ist eine deutliche Steigerung. Zwar wird sich die mögliche Streckenlast nicht im gleichen Verhältnis steigern. Die mit einer derartig steiferen Walze erzielbaren Streckenlasten reichen aber aus, um die Materialbahn im Einzelnip-Betrieb ausreichend zu satinieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die den Einzelnip begrenzende harte Walze aus Stahl und die übrigen harten Walzen sind aus Hartguß gebildet. Hartguß ist das übliche Material für "normale" harte Walzen. Hartguß weist aber lediglich ein E-Modul von E = 130.000 N/mm2 auf, während Stahl mit E = 210.000 N/mm2 und ein Chromstahl, der unter der Bezeichnung KSTV von der Walzen Irle GmbH, D-57244 Netphen, Deutschland, erhältlich ist, mit E = 205.000 N/mm2 wesentlich biegesteifer sind.
  • Vorzugsweise ist der Einzelnip zwischen einer weichen Endwalze und einer harten Zwischenwalze gebildet. In diesem Fall weist die weiche Endwalze die Durchbiegungseinstellelemente auf und die verbesserte Biegesteifigkeit kommt in der harten Walze voll zum Tragen.
  • Bevorzugterweise ist die den Einzelnip begrenzende harte Walze als Heizwalze ausgebildet. Auch im Einzelnip-Betrieb kann man die Papierbahn dann nicht nur mit erhöhtem Druck, sondern auch mit erhöhter Temperatur beaufschlagen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    einen Kalander im Normalbetrieb und
    Fig. 2
    den Kalander im Einzelnip-Betrieb.
  • Ein Kalander 1 weist im vorliegenden Fall fünf Walzen 2-6 auf, von denen die beiden Endwalzen 2, 6 und die mittlere Zwischenwalze 4 einen elastischen Belag 7-9 aus einem Kunststoff tragen. Die Dicke des elastischen Belages 7-9 ist hier übertrieben groß dargestellt. Die beiden Endwalzen 2, 6 sind als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet, d.h. sie weisen hydrostatisch geschmierte Stützelemente 10, 11 auf, die nur schematisch dargestellt sind. Mit den Stützelementen 10, 11 ist es möglich, den beiden Endwalzen 2, 6 eine gewünschte Biegelinie zu vermitteln.
  • Die obere Endwalze 2 ist ortsfest in einem Ständer 12 gelagert. Die untere Endwalze 6 ist über eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung 13 abgestützt und nach oben mit einer Anpreßkraft belastbar.
  • Die Mittelwalzen 3, 4, 5 sind über Hebel 14, 15, 16 gelenkig im Ständer 12 gelagert. Schematisch dargestellte Anschläge 17, 18, 19 begrenzen eine Bewegung der Zwischenwalzen 3, 4, 5 nach unten, wenn die untere Endwalze 6 abgesenkt wird.
  • Der Hebel 16 der untersten Zwischenwalze 5 wirkt mit einem hydraulischen Zylinder 20 zusammen, der ebenfalls im Ständer 12 gelagert ist. Der Hebel 16 kann dazu beispielsweise als zweiarmiger Hebel ausgebildet sein, der um einen Gelenkpunkt 21 im Ständer 12 schwenkbar ist. Wenn der Zylinder 20 unter Druck gesetzt wird, dann kann er die Zwischenwalze 5 in einer abgesenkten Position verriegeln, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Es muß sich dabei allerdings nicht um die unterste Endlage der unteren Zwischenwalze 5 handeln.
  • In dem in Fig. 1 dargestellten normalen Betrieb wird eine Papierbahn 22 durch alle Nips 23-26 geführt, die zwischen den Walzen 2-6 gebildet werden, wenn diese Walzen jeweils paarweise unter Zwischenlage der Papierbahn 22 aneinander anliegen. Leitmittel für die Papierbahn 22 sind aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt. Auch sonstige Zusatzelemente, wie Antriebe der Walzen 2-6, sind nicht dargestellt.
  • Die harten Walzen 3, 5, die zwischen den weichen Walzen 2, 4, 6 angeordnet sind, sind als Heizwalzen ausgebildet, d.h. sie weisen beispielsweise periphere Bohrungen 27 auf, durch die ein Heizmedium, beispielsweise heißes Wasser, heißes Öl oder Dampf, strömen kann, um die Oberfläche der harten Walzen 3, 5 auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 80° bis 160°C aufzuheizen.
  • In der in Fig. 2 dargestellten Betriebsweise ist die untere Endwalze 6 abgesenkt worden. Dementsprechend sind alle Zwischenwalzen 3-5 abgesenkt worden. Die untere Zwischenwalze 5 wird in einer abgesenkten Position verriegelt und zwar unter der Wirkung des Zylinders 20.
  • Wenn nun die untere Endwalze 6 wieder angehoben wird, dann wird der Nip 26 geschlossen, die übrigen Nips 23-25 bleiben aber offen. Die Walzen 2, 3, 4, 5 berühren sich also nicht. Die Papierbahn 22 wird in diesem Fall nur im Einzelnip 26 behandelt.
  • Die harten Walzen 3, 5 weisen den gleichen Durchmesser auf. Hierbei ist nicht eine Gleichheit im mathematisch exakten Sinn zu verstehen. Es handelt sich vielmehr um baugleiche Durchmesser, wobei die Durchmesser der Walzen allerdings durch Überarbeitungsmaßnahmen, wie beispielsweise Abdrehen oder ähnliches, verändert werden können.
  • Um die untere Zwischenwalze 5 entsprechend belasten zu können, besteht die untere Zwischenwalze 5 aus einem Werkstoff mit einem relativ großen E-Modul, nämlich aus Stahl mit einem E-Modul von 210.000 N/mm2 oder ein unter der Bezeichnung KSTV von der Walzen Irle GmbH, D-57244 Netphen, Deutschland, erhältlichen Chromstahl mit einem E-Modul von 205.000 N/mm2, während die andere harte Walze 3 aus Hartguß besteht mit einem E-Modul von 130.000 N/mm2. Die untere Zwischenwalze 5 ist damit deutlich biegesteifer als die obere Zwischenwalze 3. Würde man auch die untere Zwischenwalze 5 als Hartgußwalze mit dem gleichen Durchmesser ausbilden, würde man eine Streckenlast von 50 N/mm erreichen können. Bei einer Erhöhung des E-Moduls um mindestens 50 % sind Streckenlasten von bis zu 70 N/mm möglich.
  • Auf diese Weise vermeidet man eine geometrische Überdimensionierung der nicht am Einzelnip 26 beteiligten Walzen und erhält trotzdem ein einheitliches Aussehen.
  • Natürlich kann man einen derartigen Kalander auch mit mehr als den dargestellten fünf Walzen versehen. Je größer die Anzahl der harten Walzen ist, desto größer ist der Vorteil, den man mit der einen, höher belastbaren harten Walze erzielen kann.

Claims (6)

  1. Kalander (1) mit einem Walzenstapel aus mindestens fünf Walzen (2-6), von denen mindestens zwei als harte Walzen (1, 5) und die übrigen als weiche Walzen (2, 4, 6) ausgebildet sind, die zwischen sich Nips ausbilden, wobei mindestens ein Nip (26) unabhängig von den anderen Nips als Einzelnip betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle harten Walzen (3, 5) den gleichen Durchmesser aufweisen und die harte Walze (5), die den Einzelnip (26) begrenzt, mit einer höheren Streckenlast als die mindestens eine andere harte Walze (3) belastbar ist.
  2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelnip (26) begrenzende harte Walze (5) einen größeren E-Modul als die übrigen harten Walzen (3) aufweist.
  3. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der E-Modul der den Einzelnip (26) begrenzenden harten Walze (5) um mindestens 50 % größer ist als der E-Modul der übrigen harten Walzen (3).
  4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelnip (26) begrenzende harte Walze (5) aus Stahl und die übrigen harten Walzen (3) aus Hartguß gebildet sind.
  5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzelnip (26) zwischen einer weichen Endwalze (6) und einer harten Zwischenwalze (5) gebildet ist.
  6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelnip (26) begrenzende harte Walze (5) als Heizwalze ausgebildet ist.
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