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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Papier-
oder Kartonbahn mit einem Zulaufabschnitt und einem Wickelabschnitt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufwickeln einer
Papier- oder Kartonbahn.
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Papier-
oder Kartonbahnen, die im folgenden kurz als "Bahnen" bezeichnet werden, müssen im Verlaufe
ihrer Herstellung gelegentlich aufgewickelt werden, wenn die weitere
Verarbeitung nicht in einem solchen Zusammenhang geleistet werden
kann, daß die
Bahn durchlaufen kann. Auf jeden Fall ist das Aufwickeln der Bahnen
am Ende des Herstellungsvorganges erforderlich, damit die Bahnen
zu handhabbaren Rollen geformt werden können.
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Papier-
oder Kartonbahnen sollten über
ihre Breite möglichst
gleichmäßige Eigenschaften
haben. Dies betrifft beispielsweise die Dicke, aber auch die Feuchtigkeit.
Eine Bahn, die mit einem ungleichmäßigen Feuchtigkeitsprofil in
Querrichtung, d.h. quer zur Laufrichtung, aufgewickelt wird, kann
unter Umständen
beim Lagern auf der Rolle Schaden nehmen. Beispielsweise können sich
Risse oder Falten ergeben.
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DE 199 50 710 A1 beschreibt
eine Anlage zum Trocknen und Kühlen
und zum anschließenden Aufwickeln
oder Querschneiden einer Papierbahn. Die Papierbahn wird aus einem
Trockner kommend einem Kühler
zugeführt
und gelangt danach in einen Wickler. Der Trockner ist ein Schwebetrockner.
Der Kühler
ist ein Walzenkühler
mit zwei übereinander angeordneten
Walzen.
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Die
nachveröffentlichte
DE 101 10 309 A1 zeigt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln einer Papierbahn.
Die Papierbahn wird über
den letzten Trockenzylinder einer Trockenpartie geführt und
danach befeuchtet, bevor sie auf einen Tambour aufgewickelt wird.
Wenn der Tambour voll bewickelt worden ist, wird ein Tambour-Wechsel
vorgenommen. In einem Zeitraum, der sich zeitlich vor und nach dem
Wickelwechsel erstreckt, wird die aufgetragene Feuchtigkeit vermindert.
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DE 37 28 124 C2 beschreibt
eine Entwässerungspresse
einer Papiermaschine mit Dampfzufuhr, bei der die Papierbahn durch
einen Breitnip geführt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von Wickelrollen zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß im
Zulaufabschnitt eine Breitnip-Vorrichtung angeordnet ist, die eine
Walze und einen in einem vorbestimmten Umfangsabschnitt gegen die
Walze gedrückten
Mantel aufweist, wobei der Mantel und die Walze einen Breitnip bilden
und eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, die im Breitnip auf die
Bahn wirkt.
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Durch
die Heizeinrichtung wird die Bahn im Breitnip erwärmt. Der
Breitnip stellt für
die Bahn eine relativ große
Behandlungslänge
zur Verfügung,
so daß die
Bahn eine relativ große
Verweilzeit im Breitnip hat. In dieser Verweilzeit wird der Bahn
nicht nur Wärme
zugeführt,
sondern auch Druck. Dieser Druck kann allerdings relativ klein bleiben.
Durch die zugeführte
Wärme erniedrigt
sich die Viskosität
der in der Bahn eingeschlossenen Flüssigkeit. Durch den Druck,
der im wesentlichen gleichförmig über die Breite
der Bahn wirkt, kann die Flüssigkeit
dann vergleichmäßigt werden.
Dies führt
zu einem Feuchtigkeitsausgleich in der Bahn in Querrichtung, d.h.
zu einem relativ gleichmäßigen Feuchtigkeitsprofil
in Querrichtung. Beim Aufwickeln besteht daher nicht mehr die Gefahr,
daß sich
feuchtere Bereiche, die sich beispielsweise in der axialen Mitte
der Wickelrolle bilden, anders verhalten als trockene Bereiche an den
Rändern.
Die Feuchtigkeit ist vielmehr in Axialrichtung relativ gleichmäßig verteilt.
Der Mantel kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Eine Möglichkeit
ist die Verwendung eines relativ steifen Mantels, der elastisch
genug ist, um sich an die Krümmung
der Walze anzupassen, im übrigen
aber praktisch nach Art einer Walze umläuft. Dieser Mantel kann stirnseitig
mit Scheiben versehen sein. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung
eines weniger steifen Bandes, das über Stützrollen in einem Umlauf geführt wird,
wobei die Umlenkrollen praktisch ein Polygon definieren. Ein derartiges
Band kann auch relativ dünn
sein.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, daß die
Heizeinrichtung mit einer Temperatur von mehr als 100°C auf die
Bahn wirkt. Damit wird die Feuchtigkeit im Innern der Bahn verdampft.
Der Dampf kann sich relativ schnell in Querrichtung verteilen, so
daß der Feuchtigkeitsausgleich
in Querrichtung der Bahn noch schneller erfolgen kann. Er ist in
der Regel abgeschlossen, bevor die Bahn den Breitnip verläßt. Die
Heizeinrichtung wirkt dabei im Breitnip derart auf die Bahn, daß die Bahn
nicht nur an ihrer Oberfläche, sondern über ihren
gesamten Querschnitt auf eine Temperatur von 100°C oder mehr erwärmt wird.
Damit ist sichergestellt, daß die
Feuchtigkeit, die in der Bahn auch in tieferen Schichten enthalten
ist, verdampfen kann.
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Vorzugsweise
weist die Breitnip-Vorrichtung eine Abkühlzone auf, in der die Bahn
an ihren beiden Oberflächen
abgedeckt ist, bis ihre Temperatur unter 100°C abgesunken ist. Das Verdampfen
der Feuchtigkeit in der Bahn hat zwar den Vorteil, daß der Dampf
relativ schnell und gleichmäßig in Querrichtung
der Bahn verteilt wird. Es besteht aber die Gefahr, daß der Dampf,
wenn die Bahn den Breitnip verläßt, praktisch
schlagartig aus der Oberfläche
der Bahn austritt. Da die Bahn in der Regel vor dem Aufwickeln geglättet worden
ist, führt
dieses schlagartige Austreten des Dampfes, die sogenannte "Flashverdampfung", zu einer Verminderung
der Glätte.
Die Bahn wird an ihrer Oberfläche
durch den schnell austretenden Dampf förmlich aufgerissen. Wenn man nun
den Dampf in der Bahn hält,
bis die Bahn unter 100°C
abgekühlt
ist, dann besteht diese Gefahr nicht mehr. Der Dampf, der sich im
Breitnip in Querrichtung gleichmäßig verteilt
hat, kann in der Abkühlzone
wieder kondensieren, so daß die
Feuchtigkeit in Querrichtung der Bahn gleichmäßig verteilt ist.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Abkühlzone
im Anschluß an
den Breitnip angeordnet ist. Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung,
bei der der Breitnip mit einer Heizeinrichtung einerseits und die
Abkühleinrichtung
andererseits hintereinander geschaltet werden können.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Abkühlzone im
Breitnip ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung besteht nicht
die Gefahr, daß Dampf
beim Übergang
von der Erwärmungszone
in die Abkühlzone
austreten kann. Die Abkühlzone
schließt
sich vielmehr nahtlos an die Erwärmungszone
an.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Walze eine dünne
Oberflächenschicht
aus einem wärmeleitenden
Material aufweist, die auf einer wärmeisolierenden Schicht angeordnet
ist, wobei die Heizeinrichtung von außen auf die Walze wirkt. Die
dünne Oberflächenschicht
aus dem wärmeleitenden
Material hat nur eine begrenzte Wärmeaufnahmekapazität. Man kann
diese Wärmeaufnahmekapazität nun so
einstellen, daß der
Wärmeübergang
von der Oberflächenschicht
auf die Bahn abgeschlossen ist, bevor die Bahn den Breitnip vollständig durchlaufen
hat. Als Randbedingung ist hierbei lediglich zu beachten, daß die in
der Oberflächenschicht
aufgenommene Wärme
in der Lage sein muß,
die Bahn auf eine Temperatur von 100°C oder mehr zu erwärmen. Dies
läßt sich
durch die von außen
auf die Walze wirkende Heizeinrichtung realisieren. Diese Heizeinrichtung
kann beispielsweise induktiv arbeiten. Sobald ein Wärmeausgleich
zwischen der Bahn und der Oberflächenschicht
stattgefunden hat, erfolgt keine weitere Erwärmung der Bahn mehr. Die Bahn
beginnt vielmehr, einen Wärmeausgleich
zu kälteren
Begrenzungsbereichen des Breitnips, beispielsweise dem Mantel, herzustellen.
Da der Breitnip eine entsprechende Behandlungslänge aufweist, ist es damit
möglich,
die Bahn in einem ersten Teilabschnitt, der beispielsweise die erste
Hälfte
des Breitnips beträgt,
zu beheizen und in einem zweiten Teilabschnitt, der beispielsweise
die zweite Hälfte
des Breitnips ausmachen kann, zu kühlen. Am Ende des Breitnips
ist dann die Bahn auf eine Temperatur unter 100°C abgekühlt, so daß die zuvor verdampfte Flüssigkeit
wieder kondensieren kann.
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Bevorzugterweise
ist eine Kühleinrichtung
in der Abkühlzone
angeordnet. Die Kühleinrichtung
beschleunigt das Abkühlen
der Bahn, so daß man
mit einer erhöhten
Sicherheit damit rechnen kann, daß am Ausgang der Abkühlzone tatsächlich kein
Dampf mehr aus der Bahn austreten kann.
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Bevorzugterweise
ist die Breitnip-Vorrichtung so dicht vor dem Wickelabschnitt angeordnet, daß die Laufzeit
der Bahn von der Breitnip-Vorrichtung zum Auflaufen auf einen Wickel
maximal 3,5 ms beträgt.
In dieser kurzen Zeit ist ein Feuchtigkeitsaustausch mit der Atmosphäre nicht
oder nicht in einem beachtenswerten Umfang möglich, so daß die gleichmäßig in Querrichtung
befeuchtete Bahn tatsächlich auch
aufgewickelt wird.
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Bevorzugterweise
ist zwischen der Breitnip-Vorrichtung und dem Wickelabschnitt eine Längsschneideeinrichtung
angeordnet. Die Längsschneideeinrichtung
unterteilt die Bahn in Teilbahnen, die dann zu getrennten Wickelrollen
aufgewickelt werden können.
Papierbahnen werden derzeit mit relativ großen Breiten bis zu 10 m produziert,
die für
einen späteren
Verwender nicht mehr handhabbar sind. Man schneidet daher in an
sich bekannter Weise die Bahnen in schmalere Teilbahnen in der Größenordnung
von 0,8 bis 3,8 m und wickelt diese Teilbahnen dann auf. Durch die
Vergleichmäßigung der
Feuchtigkeit in der Bahn kann man dann relativ einfach dafür Sorge
tragen, daß alle
Bahnen im Hinblick auf die Feuchtigkeit die gleiche Qualität aufweisen.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß man
die Bahn unmittelbar vor dem Aufwickeln unter Verwendung eines Breitnips
auf eine Temperatur von mindestens 100°C erhitzt und wieder abkühlt.
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Durch
das Erhitzen wird Feuchtigkeit, die in der Bahn enthalten ist, verdampft.
Der Dampf breitet sich gleichmäßig in der
Bahn aus. Wenn der Dampf dann wieder kondensiert, hat man eine relativ
gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung
in Querrichtung der Bahn erzielt. Der Breitnip hat den Vorteil,
daß die Bahn
mit einer relativ geringen Druckspannungsbeaufschlagung über einen
längeren
Zeitraum behandelt werden kann. Auch mit einer Temperatur, die nur wenig über 100°C liegt,
kann man dann die Bahn über
ihren Querschnitt auf die Verdampfungstemperatur der Feuchtigkeit
erhitzen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Rollenwickelvorrichtung und
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2 eine
zweite Ausführungsform.
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Eine
Vorrichtung 1 zum Aufwickeln einer Papier- oder Kartonbahn 2 zu
einer Wickelrolle 3 weist einen Wickelabschnitt 4 auf,
in dem die Wickelrolle 3 gebildet wird, und einen Zuführabschnitt 5,
den die Bahn 2 durchläuft,
bevor sie in den Wickelabschnitt 4 gelangt.
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Der
Wickelabschnitt 4 ist im vorliegenden Fall als Doppeltragwalzenwickler
ausgebildet, bei dem die Wickelrolle 3 in einem Wickelbett 6 liegt,
das durch zwei Tragwalzen 7, 8 gebildet ist. Die
beiden Tragwalzen 7, 8 weisen jeweils einen Antrieb 9, 10 auf.
Wenn die Tragwalzen 7, 8 gedreht werden, drehen
sie die Wickelrolle 3 mit.
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Vor
dem Wickelabschnitt 4 kann noch eine Längsschneideeinrichtung 11 angeordnet
sein mit einem Obermesser 12 und einem Untermesser 13,
die die Bahn 2 in Teilbahnen 2a teilt, die dann
zu Teilbahnrollen aufgewickelt werden, die axial nebeneinander im
Wickelbett 6 liegen.
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Im
Zuführabschnitt 5 ist
eine Breitnip-Vorrichtung 14 angeordnet, die eine Walze 15 mit
einer Heizeinrichtung 16 und einen mit der Walze 15 zusammenwirkenden
Mantel 17 aufweist, der mit Hilfe eines Stützschuhes 18 gegen
den Umfang der Walze 15 gedrückt wird. Der Stützschuh 18 weist
dabei eine Andruckfläche 19 auf,
deren Krümmung
der Krümmung
der Walze 15 angepaßt
ist. Der Mantel 17 ist nachgiebig, so daß er sich
unter der Wirkung des Stützschuhes 18 über einen
vorbestimmten Umfangsbereich an den Umfang der Walze 15 anlegen kann
und dadurch einen Breitnip 23 bildet. In der Andruckfläche 19 können nicht
näher dargestellte Schmiereinrichtungen
vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Andruckfläche 19 eine
hydrostatische Schmierung aufweisen.
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Die
Heizeinrichtung 16 ist lediglich schematisch dargestellt.
Sie kann sowohl auf die Oberfläche der
Walze 15 wirken als auch der Walze 15 selbst ein Wärmeträgermedium,
beispielsweise eine heiße Flüssigkeit
oder ein heißes
Gas, zuführen.
Die Heizeinrichtung 16 führt dazu, daß die Walze 15 beheizt ist,
also eine erhöhte
Temperatur aufweist. Diese Temperatur liegt vorzugsweise über 100°C. Die heiße Walze 15 bildet
dann eine Heizeinrichtung, die im Breitnip 23 auf die Bahn 2 wirkt.
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Der
Mantel 17 ist durch schematisch dargestellte Rollen 20 abgestützt, von
denen eine Rolle einen Antrieb 21 aufweisen kann. Auch
die Walze 15 kann einen Antrieb 22 aufweisen.
Der Mantel 17 läuft daher
nach Art eines Walzenmantels um.
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Da
der Mantel 17 über
einen relativ großen Umfangsabschnitt
am Umfang der Walze 15 anliegt, benötigt die Bahn 2 eine
gewisse Zeit, um den zwischen der Walze 15 und dem Mantel 17 gebildeten Breitnip 23 zu
durchlaufen. Diese Zeit, die Behandlungszeit, ist so groß, daß die Bahn 2 nicht
nur an ihrer Oberfläche
auf die Temperatur der Walze 15 erwärmt wird, sondern die in die
Bahn eingetragene Wärme
pflanzt sich auch in das Innere der Bahn fort und führt dazu,
daß die
Bahn 2 insgesamt auf eine Temperatur von mindestens 100°C erhitzt
wird, d.h. auch in ihrem Inneren.
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Die
Erhitzung der Bahn auf eine Temperatur von 100°C oder mehr führt dazu,
daß Feuchtigkeit, die
sich in der Bahn befindet, verdampft. Der dadurch gebildete Dampf
kann nicht durch die Oberfläche
der Bahn 2 entweichen, weil beide Oberflächen im
Breitnip 23 eingeschlossen sind. Die Oberseite ist von
der Walze 15 abgedeckt. Die Unterseite ist vom Mantel 17 abgedeckt.
Der Dampf verteilt sich daher in Querrichtung der Bahn (in 1 senkrecht
zur Zeichenebene) gleichmäßig. Eine
nennenswerte Druckspannung im Breitnip 23 ist hierzu nicht
erforderlich.
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Hinter
dem Ausgang des Breitnips 23 ist eine Abkühlzone 24 angeordnet,
in der die Bahn 2 auf beiden Seiten von dampfundurchlässigen Bändern 25, 26 abgedeckt
ist. Die Bänder 25, 26 sind
hierbei über nur
schematisch dargestellte Umlenkrollen 27 geführt. Auf
das obere Band 25 wirkt eine Kühleinrichtung 28.
Die dampfundurchlässigen
Bänder 25, 26 verhindern,
daß Dampf
aus den Oberflächen
der Bahn 2 austritt. Die Kühleinrichtung 28 führt zu einer Absenkung
der Temperatur der Bahn 2 unter den Wert von 100°C. Der Dampf,
der sich in der Bahn 2 in Querrichtung gleichmäßig verteilt
hat, kann dann kondensieren, was zu einer sehr gleichmäßigen Feuchtigkeitsverteilung
in Querrichtung der Bahn 2 führt.
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Die
Bahn 2 wird praktisch unmittelbar nach dem Abkühlen aufgewickelt,
d.h. es steht im Grunde keine Zeit mehr zur Verfügung, in der ein Ausgleich der
Feuchtigkeit zur Umgebungsatmosphäre erfolgen könnte. Die
Zeit zwischen dem Verlassen der Breitnip-Vorrichtung 14 und
dem Auflaufen auf die Wickelrolle 3 beträgt maximal
3,5 ms.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der gleiche Zeichen mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
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Geändert hat
sich zunächst
der Wickelabschnitt 4. Dieser ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Stützwalzenwickler
ausgebildet, bei der Teilbahnrollen 3a, 3b, die
einen eigenen Antrieb 29a, 29b aufweisen, abwechselnd
auf beiden Seiten einer Stützwalze 30 anliegen,
die ebenfalls einen Antrieb 31 aufweist. Da Stützwalzenwickler
an sich bekannt sind, wird auf eine nähere Erläuterung verzichtet.
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Im
Zuführabschnitt 5 ist
wiederum eine Breitnip-Vorrichtung 14 angeordnet, bei der
die Walze 15 einen etwas anderen Aufbau hat. Die Walze 15 weist auf
einem Trägerkörper 32 eine
thermische Isolierschicht 33 aus Kunststoff auf. Die Außenseite
der Isolierschicht 33 ist abgedeckt von einer relativ dünnen Schicht 34 aus
einem wärmeleitenden
Material, beispielsweise Stahl. Der Stahl hat den Vorteil, daß er einerseits
eine relativ glatte Oberfläche
zur Verfügung
stellt, andererseits aber nur eine relativ geringe Wärmekapazität bereitstellt.
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Auf
die Schicht 34 wirkt die Heizeinrichtung 16 von
außen.
Die Heizeinrichtung 16 ist hierbei kurz vor dem Breitnip
angeordnet.
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Die
Wärmekapazität der Schicht 34 ist
nun so auf das Wärmeaufnahmevermögen und
die Geschwindigkeit der Bahn 2 abgestimmt, daß ein Wärmeübergang
von der Schicht 34 auf die Bahn 2 ungefähr in der
Hälfte
des Breitnips 23 abgeschlossen ist. Diese fiktive Grenze 35 ist
durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Der
Stützschuh 18 weist
zumindest auf der dem Wickelabschnitt 4 zugewandten Seite
der Grenze 35 eine schematisch dargestellte Kühleinrichtung 28 auf,
mit der der Bahn 2 durch den Mantel 17 hindurch
Wärme entzogen
werden kann. In der ersten Hälfte
des Breitnips 23 wird die Bahn 2 daher aufgeheizt
und zwar so, daß sie
insgesamt, also auch im Inneren, eine Temperatur von 100°C oder mehr
aufweist. In der zweiten Hälfte
des Breitnip 23 wird die Bahn 2 dann abgekühlt, so
daß sie
am Aus gang des Breitnips eine Temperatur unterhalb von 100°C aufweist.
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Die
Wirkung ist die gleiche wie bei der Ausgestaltung nach 1.
Durch das Aufheizen der Bahn 2 kann die Flüssigkeit
im Innern der Bahn verdampfen. Der Dampf breitet sich gleichmäßig aus. Wenn
der Dampf dann in der Abkühlzone,
die beim Ausführungsbeispiel
nach 2 in der rechten Hälfte des Breitnips 23 angeordnet
ist, kondensiert, dann ergibt sich eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung in
Querrichtung der Bahn.