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Die
Erfindung betrifft eine Schuhpresse zur Behandlung einer Materialbahn
insbesondere in einer Papiermaschine, in einem Kalander, in einem Glättwerk oder
dergleichen mit einem in einem Walzenmantel angeordneten Pressschuh.
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Die
Materialbahn wird zu ihrer Behandlung durch einen Spalt, der von
der Schuhpresse und einem gegen die Schuhpresse drückenden
Gegenelement gebildet wird, hindurchgeführt. Wenn die Schuhpresse zur
Entwässerung
der Materialbahn eingesetzt wird, läuft außer der Materialbahn mindestens
ein Pressfilz durch den Spalt. Der Pressschuh drückt dabei von der Innenseite
der Walze gegen den Walzenmantel, so dass die Materialbahn und der mindestens
eine Pressfilz gegen das Gegenelement gedrückt werden. Da sich der Walzenmantel
infolge der Drehbewegung der Walze relativ zum gegen den Walzenmantel
drückenden
Pressschuh bewegt, entsteht zwischen dem Walzenmantel und dem Pressschuh
eine Gleitreibung, wodurch sich insbesondere der Pressschuh stark
erwärmt.
Der Pressschuh erwärmt
sich nur an seiner mit dem Walzenmantel in Berührung kommenden Oberfläche, wohingegen sich
die gegenüberliegende
Oberfläche
des Pressschuhs nicht erwärmt.
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Außerdem herrschen
auf der mit dem Walzenmantel in Berührung kommenden Oberfläche des Pressschuhs
in Bandlaufrichtung betrachtet am Pressschuhanfang und am Pressschuhende
unterschiedliche Temperaturen.
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Durch
die ungleichmäßige Erwärmung verformt
sich der Pressschuh, sodass er quer zur Laufrichtung der Materialbahn
nicht mehr gleichmäßig gegen
den Walzenmantel gedrückt
werden kann. Die ungleichmäßige Anpressung
des Pressschuhs gegen den Walzenmantel führt zu einer Qualitätsänderung
der Materialbahn entlang ihrer Breite.
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Wenn
die Schuhpresse zur Entwässerung der
Materialbahn eingesetzt wird, treten durch die Verformung des Pressschuhs
unterschiedliche Feuchtegehalte entlang der Breite der Materialbahn auf.
Die Verformung des Pressschuhs führt
beim Einsatz der Schuhpresse in einem Glättwerk zu einer unterschiedlichen
Glätte
der Materialbahn entlang ihrer Breite.
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Auch
aus dem Stand der Technik bekannte Ölschmierungen können die
Reibung zwischen dem Pressschuh und dem Walzenmantel und somit die Verformung
des Pressschuhs und die damit verbundene Qualitätsänderung der Materialbahn nicht
zufriedenstellend reduzieren.
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In
der
DE 102 33 922.8 wird
eine Schuhpresse beschrieben, die einen Pressschuh aufweist, der zwischen
seiner mit dem Walzenmantel in Berührung kommenden Oberfläche und
der gegenüberliegenden
Oberfläche
mit einer thermischen Isolierschicht versehen ist. Obwohl die Isolierschicht
die unerwünschte
Verformung des Pressschuhs reduziert, kann die Qualität der Materialbahn
entlang ihrer Breite noch nicht ausreichend sichergestellt werden.
Bei sehr schnell laufenden Papiermaschinen mit Bahngeschwindigkeiten
von über
1200 Metern pro Minute treten trotz der Isolierschicht nach wie
vor Qualitätsschwankungen
entlang der Breite der Materialbahn auf. Bei Materialbahnen mit
geringen flächenbezogenen
Massen sind die Qualitäseinbußen infolge
der Verformung des Pressschuhs besonders gravierend.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe eine Schuhpresse der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, dass die Verformung des Pressschuhs deutlich
reduziert wird.
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Die
Erfindung löst
die gestellte Aufgabe mit einer Schuhpresse zur Behandlung einer
Materialbahn insbesondere in einer Papiermaschine, in einem Kalander,
in einem Glättwerk
oder dergleichen mit einem in einem Walzenmantel angeordneten Pressschuh,
wobei erfindungsgemäß der Pressschuh
aus einem Material gefertigt ist, das einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und/oder einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten
aufweist.
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Durch
Verwendung eines Werkstoffes für den
Pressschuh mit einem sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wird auch bei einer starken ungleichmäßige Erwärmung des Pressschuhs eine Verformung
des Pressschuhs deutlich reduziert.
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Da
der Werkstoff des Pressschuhs alternativ oder zusätzlich auch
einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten
aufweisen kann, kann bei einer unterschiedlichen Erwärmung des
Pressschuhs der Wärmeunterschied
schnell ausgeglichen werden, sodass die unerwünschte Verformung des Pressschuhs
nahezu ausgeschlossen ist. Dies ist besonders vorteilhaft vor dem
Hintergrund der immer weiter steigenden Bahngeschwindigkeiten und
bezüglich
der Materialbahnen mit niedrigen flächenbezogenen Massen.
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Deutliche
Vorteile ergeben sich auch, wenn ein gegen die Schuhpresse drückendes
Gegenelement eine Gegenwalze mit einem relativ niedrigen Walzendurchmesser
ist. So liefert die erfindungsgemäße Schuhpresse gute Ergebnisse
bei negativ bombierten Gegenwalzen, die einen Walzendurchmesser
von weniger als acht Metern aufweisen, wie auch bei Trockenzylindern
mit einem Walzendurchmesser von weniger als 2,5 Metern und bei Kalanderwalzen
mit einem Walzendurchmesser von weniger als zwei Metern.
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Insbesondere
bei negativ bombierten Gegenwalzen, das sind Walzen, bei denen im
Längsschnitt
betrachtet die mit der Materialbahn in Kontakt kommende Oberfläche konkav
ist, entstehen an den Rändern
höhere
Temperaturen, sodass sich der Pressschuh in diesen Bereichen ebenfalls
besonders stark erwärmt.
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Das
Material, aus dem der Pressschuh gefertigt ist, kann ein faserverstärkter Kunststoff
sein. Faserverstärkte
Kunststoffe haben aufgrund ihrer Faserfüllung geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten. Als
Verstärkungsfasern
kommen wegen ihrer guten Temperaturbeständigkeit sowohl Kohlefasern
als auch Glasfasern in Frage.
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Um
die Wärmeausdehnung
des aus dem faserverstärkten
Kunststoff hergestellten Pressschuhs gezielt einstellen zu können, können die
Fasern im Kunststoff eine bevorzugte Ausrichtung aufweisen. Die
Wärmeausdehnung
des Pressschuhs ist in Längsrichtung
der Fasern am geringsten und quer zur Faserlängsrichtung am höchsten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es auch möglich,
den Pressschuh aus einer Aluminiumlegierung zu fertigen. Aluminium
hat einen hohen Wärmeleitkoeffizienten,
sodass die Temperaturunterschiede im Pressschuh schnell ausgeglichen
werden können,
wodurch die unerwünschte
Verformung des Pressschuhs auf ein Minimum reduziert wird.
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Es
ist möglich
den Pressschuh sowohl massiv zu fertigen als ihn auch in seinem
Inneren mit Kammern zu versehen. Wenn der Pressschuh aus dem faserverstärkten Kunststoff
massiv gefertigt ist, wird durch die Ausrichtung der Fasern ein
anisotroper Wärmeausdehnungskoeffizient
erzeugt. So ist es beispielsweise möglich die Fasern bei der Herstellung
des Pressschuhs so auszurichten, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient in
Längsrichtung
des Pressschuhs sehr klein ist und quer zur Längsrichtung des Pressschuhs
größer ist.
Auf diese Weise ist auch bei hohen Temperaturen eine optimale Anpressung
des Pressschuhs gegen das Innere des Walzenmantels in Längsrichtung
sichergestellt.
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Durch
die Anordnung von Kammern im Pressschuh kann jedoch auch auf konstruktive
Weise eine Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten
erreicht werden. Dabei sind die Kammern in der Weise angeordnet,
dass sich der Pressschuh durch die Erwärmung in seiner Längsrichtung
weniger verformt als quer dazu.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Pressschuh aus einem biegeweichen Material
hergestellt ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn der Pressschuh
in seiner Längsrichtung
biegeweich ist, da er sich dann an die durch die Erwärmung veränderte Kontur
des Gegenelementes problemlos anpassen kann.
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Vorzugsweise
weist das Material des Pressschuhs einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von höchstens
25·10–6 1 / K auf.
Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient
15·10–6 1 / K beträgt.
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Der
Wärmeleitkoeffizient
des Pressschuhmaterials liegt bevorzugterweise bei mindestens
In der Praxis hat sich jedoch
ein Wärmeleitkoeffizient von
als sehr vorteilhaft erwiesen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Schuhpresse
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 bis 5:
einen Pressschuh 1 aus Kunststoff mit verschiedenen Formen
der Verstärkung;
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6:
einen schematischen Querschnitt durch eine Schuhpresse und
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7:
einen Pressschuh 1 mit Kammern 11, 12.
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Die
in 6 gezeigte Schuhpresse besteht aus einem flexiblen
Walzenmantel 6, der über
einen Pressschuh 1 mit konkaver Pressfläche gegen eine zylindrische
Presswalze 8 gedrückt
wird. Die Presskräfte
wurden dabei von einem Anpresselement 7 der Schuhpresse,
welche den Pressschuh 1 zur Presswalze 8 presst,
erzeugt.
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Durch
die konkave Pressfläche
bildet sich dabei ein verlängerter
Pressspalt heraus, der für
eine intensive aber dennoch schonende Entwässerung oder Glättung einer
Materialbahn 9 genutzt werden kann.
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Der
in den 1 bis 5 dargestellte Pressschuh 1 ist
aus einem biegeweichen Kunststoff gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner
als 25·10–6 1 / K beträgt. Hierfür eignet
sich insbesondere Polyurethan. Dies führt zu einer starken Verminderung
der Verformung des Pressschuhs 1 infolge Erwärmung.
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Um
das Dehnungsverhalten und die Festigkeit des Pessschuhs 1 zu
beeinflussen, enthält
dieser Fasern 2, 3, 4, 5.
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Der
Pressschuh 1 gemäß 1 enthält zur Erhöhung der
Stabilität
Glasfaser-Kugeln 2 sowie
Fasern 3, 4 die in Bahnlaufrichtung 10 und
quer dazu verlaufen.
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Bei
der Ausführung
gemäß 2 verlaufen die
Fasern 3 ausschließlich
quer zur Bahnlaufrichtung 10 und vermindern so die Dehnbarkeit
des Pressschuhs quer zur Bahnlaufrichtung 10.
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In 3 ist
ein Pressschuh 1 dargestellt, der ausschließlich Fasern 4 aufweist,
die in Bahnlaufrichtung 10 verlaufen und so die Dehnbarkeit
in Bahnlaufrichtung 10 vermindern.
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Der
in 4 gezeigte Pressschuh 1 besitzt nur Glasfaser-Kugeln 2 zur
Verstärkung.
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Die
in 5 dargestellte Ausführung weist auf die Möglichkeit
hin, Fasern 5 in einem spitzen Winkel zur Bahnlaufrichtung 10 anzuordnen.
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Die
Ausrichtung der Fasern 2, 3, 4, 5 sollte entsprechend
der speziellen Belastung des Pressschuhs 1 in der Schuhpresse
gewählt
werden. Dies hängt
wesentlich von der Geometrie, den Ausmaßen und den Presskräften der
Pressanordnung ab.
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Der
Pressschuh 1 gemäß 7 besteht
aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
hier Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit
gleichen sich Temperaturunterschiede beim Pressschuh 1 schnell aus,
was Verformungen desselben minimiert.
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Der
Pressschuh 1 besitzt zwei quer zur Bahnlaufrichtung 10 verlaufenden
Kammern 11, 12.
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Diese
Kammern 11, 12 sollen das Biegeverhalten des Pressschuhs 1 verbessern.
Die Kammern 11, 12 sind auch bei Pressschuhen 1 aus
Kunststoff von Vorteil.
als sehr vorteilhaft erwiesen.
