DE10017753A1 - Kalander - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung betrifft einen Kalander und ein Verfahren zum Glätten bahnförmigen Materials. Der Kalander umfaßt wenigstens zwei Thermowalzen und wenigstens zwei weiche Walzen, die so angeordnet sind, daß jede der weichen Walzen unter Bildung eines Nips in Nipkontakt zu einer Thermowalze steht, und Elemente zur Lenkung der Bahn in wenigstens einen Nip in Laufrichtung der Bahn. Gemäß der Erfindung umfaßt der Kalander weiter Elemente zur Lenkung der Bahn in wenigstens einen Nip gegenläufig zur Laufrichtung der Bahn, und in wenigstens zwei Nips sind die Thermowalze und die weiche Walze so angeordnet, daß sich die weiche Walze oberhalb der Bahn und die Thermowalze unterhalb der Bahn befindet. Da sich die weiche Walze am Nip in Oberposition befindet, gestaltet sich ihr Auswechseln leichter und schneller als in dem Fall, daß sich diese Walze unterhalb der schweren Thermowalze befindet.

Description

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Kalander nach der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art, insbesondere ein Softkalander. Gegenstand der Erfin­ dung ist ferner das im Anspruch 5 niedergelegte Ver­ fahren zum beidseitigen Glätten der Papier- bzw. Kar­ tonbahn.

Mit dem Kalandern wird bezweckt, der Bahnoberfläche Glätte und Glanz zu verleihen, wodurch z. B. die Be­ druckbarkeit des Papiers verbessert wird. Traditionell wurden die Softkalander entweder vier- oder zweinip­ pig, d. h. mit zwei Berührungsstellen, ausgeführt. Im Softkalander mit zwei Berührungsstellen bzw. Nips wird die Bahn auf beiden Seiten je einmal geglättet. Da sich früher die Bahnaufführung in den Nip als proble­ matisch erwies, war man bestrebt, dies geradlinig zu tun, und so wird denn im herkömmlichen Zwei-Nip- Kalander die Bahn zwischen den Nips geradlinig ge­ führt. Die Nips werden von je zwei Walzen gebildet, die miteinander in Nipkontakt stehen. Im typischen Fall wird der einzelne Nip von einer harten Thermo-, d. h. beheizten Walze und einer weichen Durchbiegungs­ einstellwalze gebildet. Befindet sich am ersten Nip die Thermowalze unterhalb und die Durchbiegungsein­ stellwalze oberhalb der Bahn, so wurde im zweiten Nip traditionell die Thermowalze oberhalb und die Durch­ biegungseinstellwalze unterhalb der Bahn angeordnet, um so ein zweiseitiges Glätten der Bahn zu erzielen.

Ein Problem bei den herkömmlichen Lösungen ist jedoch das Auswechseln der weichen Walze. Die weichen Walzen neigen zu Bruch und Abnutzung und müssen deshalb rela­ tiv häufig ausgewechselt werden. Das Auswechseln der unter der Thermowalze angeordneten weichen Walze ist sehr zeitraubende und erfordert viel Platz, an dem es in den Fabrikhallen oft mangelt. Außerdem führt die Anordnung der schweren und rotierenden Thermowalze oberhalb der Bahn zu Schwingungsproblemen.

Ein Problem bei den herkömmlichen Lösungen bilden auch die niedrigen Belastungen. Unter dem Nullastproblem ist die Situation zu verstehen, in der die Stützkraft der Walzen- bzw. Walzenmantellagerung unter den für die betreffende Lagerung spezifischen Mindestbela­ stungsbedarf absinkt und die Wälzkörper des Lagers ihren ständigen Abwälzkontakt zu den Wälzflächen des Innen- und/oder Außenrings des Lagers verlieren und an der Wälzfläche zu gleiten beginnen. Diese Situation entspricht nicht den Bedingungen, für die das Wälzla­ ger ausgelegt ist, und kann innerhalb kürzester Zeit, schon innerhalb einiger Stunden nach Einsetzen dieser Erscheinung, zur Zerstörung des Lagers führen.

Bei in Oberstellung befindlicher Thermowalze sinken die Lagerungsstützkräfte bei niedrigem Liniendruck auf null oder erhalten sogar umgekehrte Richtung. Bei der Belastung der Durchbiegungseinstellwalze kann deren Nullastproblem durch eine walzeninterne Anordnung be­ gegnet werden, nämlich durch Gegenzonen oder durch vollständige Gleitlagerung. Das Schmiersystem der Thermowalzenlager hingegen muß in der Regel vom Schmiersystem der übrigen Walzen und Zylinder der Pa­ piermaschine völlig getrennt konstruiert und verwirk­ licht werden. Außerdem ist für die Thermowalzen als Schmieröl Spezialöl mit außergewöhnlich guten Schmier­ eigenschaften erforderlich.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die beim Stand der Technik auftretenden Probleme zu eliminieren und eine völlig neuartige Lösung zum beidseitigen Glätten bahnförmigen Materials zu schaffen.

Für den erfindungsgemäßen Kalander ist charakteri­ stisch, was im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 darüber ausgeführt ist.

Die Erfindung basiert auf der Idee, das bahnförmige Material beidseitig in einem Kalander zu glätten, der wenigstens zwei gleichartige Nips umfaßt, an denen die oberhalb der Bahn angeordnete weiche Walze in Nipkon­ takt mit der darunter angeordneten Thermowalze steht. Dies ist möglich, weil man überraschend die Beobach­ tung gemacht hat, daß die heute übliche Technik eine gegenüber früher kompliziertere Bahnaufführung ermög­ licht. So läuft denn gemäß der Erfindung die zu glät­ tende Bahn gegenläufig zur Bahnlaufrichtung in den ersten oder den zweiten Nip. Entsprechend läuft die Bahn in der der Bahnlaufrichtung entsprechenden Rich­ tung in den zweiten oder den ersten Nip, wobei die Bahn in zwei gleichartigen Nips auf beiden Seiten ge­ glättet wird.

Für das erfindungsgemäße Glättungsverfahren wiederum ist charakteristisch, was darüber im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 5 ausgeführt ist.

Mit der Erfindung werden eine ganze Reihe beträchtli­ cher Vorteile erzielt. Da sich die weiche Walze am Nip in Oberposition befindet, gestaltet sich ihr Auswech­ seln leichter und schneller als bei einer unterhalb der schweren Thermowalze angeordneten Walze. Befinden sich die häufiger auszuwechselnden weichen Walzen des Kalanders am Nip in Oberposition, bleiben die Be­ triebsausfälle beim Walzenwechsel kürzer als bisher, was Kosteneinsparungen bedeutet. Der erfindungsgemäße Kalander hat einen geringeren Platzbedarf als die dem Stand der Technik entsprechenden Kalander, weil ja nun der Walzenwechsel einfach durch Abheben der weichen Walze nach oben erfolgen kann. Dies ist eine besonders bedeutsame Eigenschaft bei der Modernisierung alter Kalander.

Der Bau des erfindungsgemäßen Kalanders mit bereits vorhandenen Produktionseinrichtungen ist möglich, da die Fertigungstechnik gut bekannt ist, weil die Nips des Kalanders weitgehend die gleichen sind wie bei Kalandern, die den Stand der Technik repräsentieren. Die Baukosten werden auch reduziert, weil der erfin­ dungsgemäße Kalander identische Nips hat. Auch treten keine Schwingungsprobleme auf, da die weichen Walzen über den schwereren Thermowalzen angeordnet sind. Die Betriebsverhältnisse der Thermolwalzenlagerung erfah­ ren dank der Erfindung eine wesentliche Verbesserung, so daß die Lagergröße reduziert und bezüglich der Qua­ litätsanforderungen an das Lageröl Abstriche vorgenom­ men werden können. Durch die Verbesserung der Be­ triebsverhältnisse ist sogar die Möglichkeit gegeben, die Thermowalzenlager direkt an das vorhandene Umlauf­ schmiersystem anzuschließen.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beigefüg­ ten Zeichnungen und der eingehenden Beschreibung einer genaueren Betrachtung unterzogen.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die dem Stand der Technik gemäße Lösung zum beidseitigen Glätten einer Materialbahn;

Fig. 2 die Lösung nach einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung zum beidseitigen Glätten einer Materialbahn; und

Fig. 3 die Lösung nach einer anderen bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung zum beidseitigen Glätten einer Materialbahn.

Die Erfindung kann sowohl auf Kalander geschlossener als auch auf Kalander offener Bauweise angewendet wer­ den. Die Zahl der Nips des Kalanders kann variieren; im typischen Fall wird ein 2-Nip-Kalander eingesetzt, jedoch kann die Erfindung ohne Weiteres auch auf Ka­ lander mit mehr als zwei Nips angewendet werden. In Frage kommen dabei in erster Linie 4-Nip-Kalander.

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß, auch wenn in Verbindung mit der Erfindung hier von einem ersten und einem zweiten Nip die Rede ist, dies weder die Behand­ lungsreihenfolge der Bahn noch die Zahl der Nips be­ grenzt. Die Behandlung der Bahn kann gemäß der Erfin­ dung auch in umgekehrter Reihenfolge geschehen, d. h. so, daß die Bahn zuerst den zweiten Nip passiert und von da zum ersten Nip geleitet wird. Bei Kalandern mit mehr als zwei Nips kann die Behandlung der Bahn in jeder beliebigen Reihenfolge erfolgen, Hauptsache ist, daß die Bahn wenigstens einen Nip in Bahnlaufrichtung und wenigsten einen Nip in zur Bahnlaufrichtung entge­ gengesetzter Richtung durchläuft.

In Verbindung mit dieser Erfindung ist unter "gewöhnlicher Laufrichtung", "allgemeiner Laufrich­ tung", "bloßer Laufrichtung" oder "Bahnlaufrichtung" jene Richtung zu verstehen, in der die Bahn im Ge­ samtprozeß läuft, d. h. also die Maschinenrichtung.

Fig. 1 zeigt, wie gemäß dem Stand der Technik das bahnförmige Material, wie z. B. die Papier- oder Kar­ tonbahn, beim Glätten so geführt wird, daß es zwischen den Nips geradlinig verläuft. So wird also eine Bahn 1 im ersten Nip bzw. der ersten Berührungsstelle, den eine oberhalb der Bahn 1 angeordnete erste weiche Wal­ ze 2 und eine unterhalb der Bahn befindliche erste Thermowalze 4 bilden, zunächst an ihrer Unterseite geglättet. Danach erfolgt ein Glätten der Oberseite der Bahn 1 im zweiten Nip, der von einer oberhalb der Bahn angeordneten zweiten Thermowalze 5 und einer un­ terhalb der Bahn 1 angeordneten zweiten weichen Walze 3 gebildet wird.

Fig. 2 zeigt, wie der Kalander gemäß einer ersten be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung aus zwei je eine Thermowalze 12, 13 und eine weiche Walze 14, 15 umfassenden identischen Nips gebildet ist. Die Walzen sind so angeordnet, daß beim ersten Nip die oberhalb einer Bahn 11 angeordnete erste weiche Walze 14 in Nipkontakt zu der unterhalb der Bahn 11 angeordneten ersten Thermowalze 12 steht. Beim zweiten Nip befindet sich die zweite weiche Walze 15 gleichfalls oberhalb der Bahn 11 und steht in Nipkontakt mit der unterhalb der Bahn 11 befindlichen zweiten Thermowalze 13.

Die Thermowalzen 12, 13 werden im typischen Fall aus Grauguß oder einem anderen entsprechend festen und harten Werkstoff gefertigt. Das Beheizen der Thermo­ walze 12, 13 erfolgt meistens durch Öl, in gewissen Fällen auch durch andere passende Wärmeübertragungsme­ dien, wie z. B. Wasser. Mit Öl als Wärmeübertragungsme­ dium werden Temperaturen bis zu 300°C erreicht. Im typischen Fall hat die Thermowalze eine Temperatur von etwa 200°C. Die Zirkulation des Heizmediums in der Walze kann auf vielerlei Weise konzipiert werden. Am häufigsten erfolgen Ein- und Ableitung des Wärmeüber­ tragungsmediums in bzw. aus der Walze nur über die eine Stirnseite, wobei dieses zunächst zur anderen Mantelstirnseite und über eine parallele Bohrung zu­ rück fließt. Der Rückstrom wird über eine im Stirnsei­ tenflansch und in der Achse befindliche Bohrung einer erneuten Aufheizung zugeführt. Die Thermowalze wie auch deren Beheizen sind an sich bekannte Technik.

Die weichen Walzen 14, 15 sind im typischen Fall aus einem dauerhaften, festen Werkstoff, etwa Grauguß, hergestellt und mit einem Bezug versehen. Der Bezugs­ werkstoff ist an sich bekannt; im typischen Fall wer­ den irgendein elastisches Polymer oder übereinander geschichtete Papierringe oder ein anderer entsprechen­ der elastischer Werkstoff eingesetzt. Bei der Werk­ stoffwahl ist der Temperaturanstieg im Nahbereich der Thermowalze zu berücksichtigen. Passende Polymerwerk­ stoffe sind z. B. PTFE und PVF. Am häufigsten werden in der EP 321 561 genannte Duroplaste, insbesondere Epoxi-Sorten, eingesetzt. Auch Thermoplaste, z. B. in der WO 9854405 genannte, können eingesetzt werden. Die weichen Walzen sind im typischen Fall Durchbiegungs­ einstellwalzen.

Im Hinblick auf die Verwirklichung der Erfindung brau­ chen die weichen Walzen 14, 15 nicht völlig identisch zu sein. Im typischen Fall wird angestrebt, getrennte Prozeßsteuerung auf beiden Seiten der Bahn zu ermögli­ chen. Natürlich können die weichen Walzen untereinan­ der auch völlig identisch sein. Das Gleiche gilt für die Thermowalzen 12, 13.

Um die Aufführung der Bahn 11 zu ermöglichen, kann die erste weiche Walze 14 oder die erste Thermolwalze 12 oder beide so verlagert werden, daß sich der von ihnen gebildete erste Nip öffnet. Bevorzugt können beide Walze auf diese Weise verlagert werden, denn bei Bahn­ abriß müssen die Walzen schnell auseinander bewegt werden um zu verhindern, daß die heiße Thermowalze 12 mit der weichen Walze 14 in Berührung kommt. Typisch und namentlich für den Fall eines Bahnabrisses, sind auch die den zweiten Nip bildenden Walzen 13, 15 auf entsprechende Weise verlagerbar. Das Verlagern der Walzen erfolgt auf an sich bekannte Weise, z. B. mit der Durchbiegungseinstell-Vorrichtung.

Die in den Kalander einlaufende Bahn 11, z. B. die Pa­ pier- oder Kartonbahn, wird gegenläufig zur gewöhnli­ chen Bahnlaufrichtung in den von der ersten Thermowal­ ze 12 und der ersten weichen Walze 14 gebildeten er­ sten Nip geleitet. In der Praxis ist dies gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung so arrangiert, daß die Bahn 11, von drei Leitwalzen 16-18 geführt, zunächst die erste Thermowalze 12 unten umläuft und so gegenläufig zur gewöhnlichen Bahnlaufrichtung in den ersten Nip gelangt. Vom ersten Nip gelangt die Bahn 11 sodann, von einer vierten Leitwalze 19 geführt, über die erste weiche Walze 14 hinweg und weiter über eine fünfte Leitwalze 20 in den von der zweiten weichen Walze 15 und der zweiten Thermowalze 13 gebildeten zweiten Nip. In diesen zweiten Nip läuft die Bahn 11 in gewöhnlicher Bahnlaufrichtung ein, wobei nun jene Seite der Bahn 11, die im ersten Nip gegen die weiche Walze 14 zu liegen kam, gegen die zweite Thermowalze 13 zu liegen kommt und die Bahn auf diese Weise in zwei gleichartigen Nips auf beiden Seiten geglättet wird.

Für die Leitwalzen 16-20 ist ein Durchmesser von 30-80 cm, bevorzugt von ca. 40-50 cm, typisch. Bei den Leit­ walzen 16-20 kann es sich um rotierende oder um unbe­ wegliche Walzen handeln; bevorzugt werden sie als ro­ tierende Walzen konzipiert. Im typischen Fall sind die Leitwalzen 16-20 aus Baustahl hergestellt und haben bevorzugt eine hochglatte Oberfläche. Die vor dem Nip angeordnete Leitwalze 18, 20 ist bevorzugt eine Breitstreckwalze, damit eventuelle zugspannungsbeding­ te Falten vor Einlaufen der Bahn in den Nip eliminiert werden.

In Fig. 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Nips in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gebildet sind. Alles vorangehend über die Walzen und Leitwalzen Gesagte ist auch auf diese zweite Ausfüh­ rungsform anwendbar.

Gemäß der zweiten Ausführungsform durchläuft eine Bahn 21, etwa eine Papier- oder Kartonbahn, einen von einer ersten weichen Walze 24 und einer ersten Thermowalze 22 gebildeten ersten Nip gegenläufig zur gewöhnlichen Laufrichtung der Bahn 21. Dabei wird die Bahn 21 mit Hilfe von Leitwalzen 26-28 unter der ersten Thermowal­ ze hindurch geführt. Hinter dem ersten Nip läuft die Bahn 21 längs der Oberfläche der ersten weichen Walze 24 über diese und weiter über eine Leitwalze 29 in den von einer zweiten weichen Walze 25 und einer zweiten Thermowalze 23 gebildeten zweiten Nip. Die Bahn 21 durchläuft diesen zweiten Nip in gewöhnlicher Bahn­ laufrichtung, wobei jene Seite der Bahn 21, die im ersten Nip gegen die weiche Walze 24 gelegen hatte, im zweiten Nip nun gegen die Thermowalze 23 zu liegen kommt. Auf diese Weise wird die Bahn auf beiden Seiten geglättet.

Da sich die Bahnaufführung bei der erfindungsgemäßen Lösung komplizierter als bisher gestaltet, empfiehlt sich der Einsatz einer fortgeschrittenen Bahnauffüh­ rungstechnik. So gestaltet es sich z. B. vorteilhaft, Blasbleche und Abbrucheinrichtungen einzusetzen, deren Eigenschaften eine Bahnaufführung gemäß der Erfindung erlauben.

Zu den oben beschriebenen sind auch alternative Aus­ führungsformen denkbar. Zur Gewährleistung eines mög­ lichst reibungslosen Laufs der Bahn kann die Zahl der Leitwalzen je nach Bedarf erhöht oder verringert wer­ den. Auch können die nipbildenden Walzenpaare z. B. so in geneigter Stellung angeordnet werden, daß das einen Nip bildende Walzenpaar um ca. 15° von der Vertikalen abweicht. Die Walzenpaare werden hierbei typisch so angeordnet, daß sie voneinander weg geneigt sind.

Claims (10)

1. Zur zweiseitigen Behandlung bahnförmigen Materials dienender Kalander,

• - der wenigstens zwei Thermowalzen (12, 13; 22, 23) und wenigstens zwei weiche Walzen (14, 15; 24, 25), die so angeordnet sind, daß jede der weichen Walzen (14, 15; 24, 25) unter Bildung eines Nips in Nipkontakt zu einer Thermowalze (12, 13; 22, 23) steht, und
• - Elemente (20; 29) zur Lenkung der Bahn (11; 21) in wenigstens einen Nip in Laufrichtung der Bahn (11; 21) umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Kalander weiter Elemente (16-18; 26-28) zur Lenkung der Bahn in wenigstens einen Nip gegen­ läufig zur Laufrichtung der Bahn aufweist, und
• - in wenigstens zwei Nips die Thermowalze (12, 13; 22, 23) und die weiche Walze (14, 15; 24, 25) so angeordnet sind, daß die weiche Walze (14, 15; 24, 25) oberhalb der Bahn (11; 21) und die Thermowalze (12, 13; 22, 23) unterhalb der Bahn zu liegen kommt.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (16-18; 26-28), die dazu dienen, die Bahn (11; 21) gegenläufig zur Laufrichtung der Bahn zu lenken, in Verbindung mit dem ersten Nip ange­ ordnet sind.

3. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (16-18; 26-28), die dazu dienen, die Bahn (11; 21) gegenläufig zur Laufrichtung der Bahn zu lenken, in Verbindung mit dem zweiten Nip ange­ ordnet sind.

4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (16-18, 20; 26-28, 29) zum Lenken der Bahn (11; 21) in den Nip gegenläufig zur Laufrich­ tung der Bahn wenigstens eine Leitwalze (16-18; 26- 28) umfassen, die so angeordnet ist, daß die Bahn (11; 21) unter der Thermowalze des besagten Nips hindurch geführt wird.

5. Zum Glätten bahnförmigen Materials dienendes Ver­ fahren, bei dem

• - die Bahn (11; 21) in einen von einer ersten wei­ chen Walze (14; 24) und einer ersten Thermowalze (12; 22) gebildeten ersten Nip geführt wird, und
• - die Bahn (11; 21) in einer von einer zweiten wei­ chen Walze (15; 25) und einer zweiten Thermowalze (13; 23) gebildeten zweiten Nip geführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Bahn (11; 21) in den zweiten Nip geführt wird, wo sich die zweite weiche Walze (15; 25) oberhalb der Bahn und die zweite Thermowalze (13; 23) unterhalb der Bahn (11; 21) befindet;
• - die Bahn (11; 21) in den ersten Nip in der im Vergleich zur Laufrichtung der Bahn (11; 21) er­ sten Richtung und in den zweiten Nip in der im Vergleich zur Laufrichtung der Bahn (11; 21) zweiten Richtung geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (11; 21) in den zweiten Nip in Laufrich­ tung der Bahn (11; 21) eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (11; 21) in den ersten Nip in Laufrichtung der Bahn (11; 21) eingeführt wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führen der Bahn (11; 21) in den Nip gegenläufig zur Laufrichtung der Bahn (11; 21) dergestalt er­ folgt, daß die Bahn mit Hilfe wenigstens einer Leitwalze (16-18; 26-28) unter der Thermowalze (12; 22) des besagten Nips hindurch geführt wird.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (11) von jenem Nip, in den sie gegenläu­ fig zur Laufrichtung der Bahn eingeführt wurde, so weitergeführt wird, daß sie mit Hilfe wenigstens einer Leitwalze (19) über die weiche Walze (14) des besagten Nips hinweg geführt und wahlweise über wenigstens eine Leitwalze (20) zum folgenden Nip geleitet wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (11) von jenem Nip, in den sie gegenläu­ fig zur Laufrichtung der Bahn eingeführt wurde, so weitergeführt wird, daß sie längs der Oberfläche der weichen Walze (14) dieses Nips über die erste weiche Walze (24) hinweg geführt und wahlweise über wenigstens eine Leitwalze (29) zum folgenden Nip geleitet wird.