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Die
Erfindung betrifft einen Kalander, insbesondere für Papier
oder ähnliches
Bahnmaterial, sowie ein Verfahren zum Schließen eines erfindungsgemäßen Kalanders.
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Kalander,
welche einen Walzenstapel aufweisen, sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt. Solche Kalander werden beispielsweise zum Glätten oder
Satinieren von Papierbahnen verwendet und können beispielsweise im In-line-Betrieb mit einer
Papiermaschine arbeiten.
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Auch
wenn es Kalander mit nur zwei Walzen gibt, die einen einzigen Walzenspalt
zwischen sich ausbilden, betrifft die Erfindung solche Kalander,
die eine Oberwalze und eine Unterwalze und zwischen der Oberwalze
und der Unterwalze wenigstens eine oder in der Regel eine Vielzahl
von Zwischenwalzen oder Mittelwalzen aufweisen und somit eine Vielzahl von
Walzenspalten ausbilden.
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Solche
Kalander können
geöffnet
und geschlossen werden, das heißt,
die einzelnen Walzen können
derart auseinandergefahren werden, dass sich die Walzenspalte vergrößern, und
können
entsprechend zusammengefahren werden, bis die verschiedenen Walzen,
das heißt
jeweils zwei benachbart zueinander angeordnete Walzen, aneinander anliegen
und somit jeweils einen geschlossenen Walzenspalt, den sogenannten
Nip, ausbilden. Im geschlossenen Zustand des Kalanders wird eine
vorgegebene Druckkraft auf die Walzenspalte ausgeübt, so dass
bei Durchführen
beispielsweise einer Papierbahn die beiden benachbart zueinander
angeordneten Walzen in dem Walzenspalt eine entsprechende Druckkraft,
die sogenannte Nip-Kraft, auf das Papier ausüben.
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Insbesondere
kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sogenannte Janus-Kalander und Kalander
mit einer Oberwalze und einer Unterwalze in Betracht, von denen
eine oder beide als sogenannte NIPCO-Walzen ausgebildet ist/sind.
Solche NIPCO-Walzen (der Name NIPCO ist als Marke geschützt) weisen
einen flexiblen Walzenmantel auf, der mittels Druckbeaufschlagung
von innen über
seiner axialen Erstreckung gezielt radial nach außen verlagert
werden kann, um den Umfang der Walze einem bestimmten Spaltverlauf
anzupassen. Da solche NIPCO-Walzen dem Fachmann hinreichend bekannt
sind, müssen
sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht im einzelnen erläutert zu
werden.
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Die
Walzen, welche den Walzenstapel ausbilden, werden in der Regel über sogenannte
Lagerblöcke
in einem Ständer
gelagert. Um das notwendige Öffnen
und Schließen
des Kalanders, das heißt der
Vielzahl von Walzenspalten, zu ermöglichen, ist wenigstens eine
Vielzahl von Walzen entlang des Ständers beziehungsweise längs des
Walzenstapels verschiebbar oder verlagerbar angeordnet. Beispielsweise
ist es bekannt, die Unterwalze mittels einer Verstelleinrichtung,
auch Belastungsvorrichtung genannt, die beispielsweise als hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheit
ausgeführt
sein kann, variabel einstellbar auszuführen, um gezielt ihre vertikale
Position in Richtung längs
des Walzenstapels einzustellen. Die Mittelwalzen, welche oberhalb
der Unterwalze angeordnet sind, können beispielsweise in Hebeln gelagert
sein, so dass, wenn die Unterwalze mittels der Belastungsvorrichtung
nach oben in Richtung der Oberwalze verstellt wird, diese derart
gegen die unterste der Mittelwalzen angefahren wird, dass sich die
Mittelwalzen nach und nach anheben, die Walzenspalte zwischen sich
schließen
und schließlich die
oberste Mittelwalze an der Oberwalze anstößt. Die Druckkräfte, die
dabei in den Walzenspalten ausgebildet werden, müssen entsprechend abgeleitet werden,
wobei die Kräfteableitung
herkömmlich über den
Ständer
des Kalanders erfolgte.
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Um
den Ständer
des Kalanders zu entlasten, wird gemäß der europäischen Patentschrift
EP 0 866 167 B1 vorgeschlagen,
jeweils einen Zuganker im Bereich der axialen Enden der Walzen anzuordnen, damit
die Belastungskräfte,
die durch das Gegeneinanderdrücken
der Walzen entstehen, durch die Zuganker aufgenommen werden, so
dass der Ständer
von der Belastung freigehalten wird. In der Praxis werden die Zuganker,
die beispielsweise als Zugstangen oder Zugspindeln ausgeführt sein
können, durch
Verschrauben vorgespannt, was zur Folge hat, dass noch erhebliche
Kräfte
beziehungsweise Momente durch den Ständer geleitet werden.
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Da
die Zuganker der bekannten Kalander ausschließlich an ihren axialen Enden
an dem Ständer
beziehungsweise den Lagerblöcken
der Walzen oder der Belastungsvorrichtung befestigt werden können, ist
ein Verspannen der Zuganker ausschließlich über ihrer gesamten Länge möglich, so dass
stets alle Walzen des Walzenständers
mittels der Zuganker gemeinsam verspannt werden. Dies ist nachteilig,
da dadurch der Kalander nicht im sogenannten Single-Nip-Betrieb
betrieben werden kann, das heißt
in einem Betriebszustand, in welchem ein einziger ausgewählter Walzenspalt,
beispielsweise der Walzenspalt zwischen der Unterwalze und der benachbart
zu der Unterwalze angeordneten Mittelwalze oder der Walzenspalt
zwischen der Oberwalze und der benachbart zu der Oberwalze angeordneten Mittelwalze,
alleine geschlossen und mit Druck beaufschlagt wird, um beispielsweise
die Papierbahn nur in diesem Walzenspalt zu bearbeiten.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
102 49 948 A1 beschreibt eine Walzenanordnung mit wenigstens
einer Walze, wobei der Ständer
mit einem Zuganker versehen ist, an welchem mindestens ein Zusatzaggregat
befestigt ist, das durch eine Bewegung des Zugankers verlagerbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander und ein Verfahren
zum Schließen
eines Kalanders anzugeben, wobei einerseits die Beanspruchung des
Ständers
gegenüber
derjenigen bekannter Kalander verringert werden soll und zugleich ein
wahlweises Betreiben des Kalanders im sogenannten Single-Nip-Betrieb
möglich
sein soll.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch einen Kalander mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch
ein Verfahren gemäß Anspruch
12 oder 13 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
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Der
erfindungsgemäße Kalander,
welcher insbesondere zum Satinieren und/oder Glätten von Papier oder ähnlichen
Bahnmaterialien verwendet werden kann, weist einen Walzenstapel
auf, der eine Oberwalze, eine Unterwalze und wenigstens eine Mittelwalze
umfasst, wobei alle Walzen in einem Ständer getragen werden und somit
zwischen sich wenigstens zwei Walzenspalte ausbilden. Um den Kalander
beziehungsweise den Walzenstapel öffnen und schließen zu können, ist
die Position von wenigstens einer Endwalze, das heißt die Position
von der Oberwalze und/oder die Position von der Unterwalze längs des
Walzenstapels variabel einstellbar. Beispielsweise kann die Position
der Unterwalze mittels einer Belastungsvorrichtung, wie sie im Stand
der Technik bekannt ist, gezielt relativ zu den übrigen Walzen im Kalander eingestellt
werden, um somit die Unterwalze derart gegen die übrigen Walzen
an- und abzufahren, dass sich einzelne oder alle Walzenspalte des
Walzenstapels schließen
beziehungsweise öffnen.
Entsprechend ist die Mittelwalze beziehungsweise sind die Mittelwalzen
zumindest begrenzt beweglich längs
des Walzenstapels gelagert, um durch ihre Bewegung zum Öffnen und
Schließen
des Kalanders beizutragen.
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Wenn
im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Erfindung die Begriffe
Oberwalze und Unterwalze verwendet werden, so dient dies dazu, die
beiden Endwalzen des Kalanders begrifflich zu unterscheiden. Gemäß der vorzuziehenden
Ausführung
der Erfindung ist der Walzenstapel vertikal oder im wesentlichen
vertikal ausgerichtet, so dass die Oberwalze oberhalb der Mittelwalzen
angeordnet ist, wobei die letzteren wiederum oberhalb der Unterwalze
angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch auch bei Kalandern mit
einem in eine andere Richtung ausgerichtetem Walzenstapel, beispielsweise
mit einem horizontal oder im wesentlichen horizontal angeordneten „Walzenstapel", anwendbar.
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Erfindungsgemäß weist
der Kalander je axialem Ende der Walzen wenigstens zwei oder genau zwei
Zuganker auf, wobei jeweils ein Zuganker auf einer Längsseite
der Walzen angeordnet ist. Die Bezeichnung „Längsseite" ist dabei derart zu verstehen, dass,
wenn man in Richtung der Längsachse
einer Walze sieht, ein Zuganker eines axialen Walzenendes rechts
und der andere Zuganker desselben axialen Walzenendes links von
der Längsachse
angeordnet ist. Vorteilhaft sind die Zuganker dabei im Bereich der
Walzenlagermitte angeordnet, das heißt etwas außerhalb der axialen Erstreckung
der Walzenmäntel.
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Durch
Vorsehen von je zwei Zugankern je axialem Ende der Walzen beziehungsweise
je Stirnseite der Walzen, welche vorteilhaft in einem nicht vorgespannten
Zustand am Kalander, in der Regel am Ständer des Kalanders und/oder
an der Belastungsvorrichtung, montiert werden und erst durch die Druckkräfte, welche
in den Walzenspalten entstehen (die sogenannten Nip-Kräfte) belastet
werden, wird der Ständer
des erfindungsgemäßen Kalanders
im Vergleich zu herkömmlichen
Kalandern deutlich entlastet und kann daher filigraner ausgeführt werden.
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Zudem
weist der erfindungsgemäße Kalander
verstellbare Anschläge
wenigstens an den beiden Zugankern je Walzenende auf. Die verstellbaren Anschläge sind
dabei in Längsrichtung
der Zuganker verstellbar und derart ausgeführt, dass die Position wenigstens
einer ausgewählten
Mittelwalze mittels der verstellbaren Anschläge fixiert werden kann. Die Fixierung
ist dabei zumindest eine solche gegenüber einer Verlagerung der Mittelwalze
in eine Richtung entlang des Zugankers. Beispielsweise kann die oberste
Mittelwalze mittels der verstellbaren Anschläge gegen eine Verlagerung entlang
der Zuganker nach unten fixiert werden, so dass eine Druckbeaufschlagung
mittels der Oberwalze gegen diese Mittelwalze möglich ist, ohne dass die Mittelwalze
sich nach unten bewegt, so dass eine vorbestimmte Druckkraft im
Walzenspalt zwischen der Oberwalze und der obersten Mittelwalze
entsteht.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
weitere verstellbare Anschläge
an den Zugankern vorzusehen, um zusätzlich weitere Mittelwalzen
gezielt an den Zugankern zu fixieren. Beispielsweise können zusätzlich oder
auch alternativ derartige verstellbare Anschläge vorgesehen werden, dass
die unterste Mittelwalze gegen eine Verlagerung entlang der Zuganker
nach oben fixiert werden kann, um beispielsweise einen Single-Nip-Betrieb
mittels des Walzenspaltes zwischen der Unterwalze und der untersten
Mittelwalze einzustellen. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
können
auch die oberste und die unterste Mittelwalze gleichzeitig fixiert
werden, um den Kalander im Betrieb mit genau zwei druckbeaufschlagten
Walzenspalten arbeiten zu lassen.
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Die
Zuganker können
beispielsweise in Form von Gewindespindeln ausgeführt sein.
Vorteilhaft sind an jedem stirnseitigen Ende der Walzen jeweils zwei
Gewindespindeln angeordnet, welche die verstellbaren Anschläge in Form
von Spindelmuttern tragen. Eine solche Ausführung wird später anhand
der beigefügten
Figur noch näher
erläutert.
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Die
verstellbaren Anschläge
sind vorteilhaft derart ausgeführt,
dass die Walzenlagerblöcke und/oder
die Hebel der Walzen, bei einer Lagerung der Walzen, beispielsweise
aller Mittelwalzen, in Hebeln, gezielt an ihnen anschlagen, das
heißt,
dass eine Verlagerung der Walzenlagerblöcke bzw. der Hebel und damit
der durch die Walzenlagerblöcke bzw.
die Hebel jeweils gehaltenen Walze verhindert wird. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die verstellbaren Anschläge
derart auszuführen,
dass die Walzen selbst unmittelbar an den verstellbaren Anschlägen „anschlagen", was jedoch aufgrund
der Drehbewegung der Walzen gegenüber den „anstoßenden" Walzenlagerblöcken zu einem zusätzliche konstruktiven
Aufwand führen
kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bezieht sich auf die Verwendung eines Kalanders gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführung, dessen
Unterwalze mittels einer Belastungsvorrichtung gegen die unterste
Mittelwalze an- und abfahrbar ist, um durch dieses An- und Abfahren
den untersten oder verschiedene ausgewählte oder alle Walzenspalte
des Kalanders, je nach Anordnen von verstellbaren Anschlägen, zu
schließen
und zu öffnen.
Die Position der Unterwalze wird dabei vorteilhaft mittels eines
hydraulischen Stellzylinders beziehungsweise einer hydraulischen
Zylinder-Kolben-Einheit
eingestellt. Insofern nicht die unterste Mittelwalze gegen eine
Verlagerung nach oben mittels der verstellbaren Anschläge gesichert
ist, verlagern sich alle begrenzt nach oben bewegliche Walzen, welche
oberhalb der Unterwalze im Walzenstapel angeordnet sind, durch ein aufeinanderfolgendes
Anstoßen
entsprechend der Bewegung der Unterwalze. Die Mittelwalzen sind
dabei, wie später anhand
der Figur näher
gezeigt wird, vorteilhaft mit Hebeln in Längsrichtung des Walzenstapels
verschiebbar gelagert.
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Gemäß einer
ersten Ausführung
ist die Oberwalze gegenüber
einer Verschiebebewegung entlang der Zuganker starr im Ständer gelagert.
Gemäß einer alternativen
vorteilhaften Ausgestaltung ist auch die Oberwalze entlang der Längsrichtung
der Zuganker beziehungsweise entlang der Längsrichtung des Walzenstapels
verschiebbar gelagert, und oberhalb der Oberwalze ist ein sogenannter
Oberwalzenanschlag vorgesehen, welcher dazu dient, eine weitere Verschiebung
der Oberwalze, nachdem diese um eine vorgegebene Strecke angehoben
wurde, zu vermeiden. Dieser Oberwalzenanschlag kann beispielsweise
in Form eines drehbar gelagerten Riegels oder einer drehbar gelagerten
Rolle ausgeführt
sein, gegen welchen/welche die Oberwalze anstößt, nachdem sie geschoben durch
die Unterwalze und die zwischengeordneten Mittelwalzen sich um den
maximal möglichen
Verschiebeweg nach oben bewegt hat.
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Um
einen Kalander im Single-Nip-Betrieb zu betreiben, wobei der Walzenspalt
zwischen der Oberwalze und der obersten Mittelwalze verwendet wird,
ist die Oberwalze vorteilhaft als NIPCO-Walze ausgeführt. Das
Schließen
des Walzenspaltes zwischen der Oberwalze und der obersten Mittelwalze erfolgt
durch Druckbeaufschlagen der NIPCO-Walze, so dass sich der Walzenmantel
der NIPCO-Walze
in Richtung der obersten Mittelwalze radial aufweitet und ein vorgegebener
Druckzustand im Walzenspalt erzielt wird. Dabei wird die oberste
Mittelwalze, wie bereits dargelegt, mittels der verstellbaren Anschläge gegen
ein Verlagern nach unten fixiert.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Figur
näher beschrieben
werden.
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Die 1 zeigt
einen Kalander mit einer Oberwalze, einer Unterwalze, die jeweils
in Längsrichtung
des Ständers
verschiebbar gelagert sind und zwischen sich eine Vielzahl von Mittelwalzen
einschließen,
welche durch eine Lagerung in Hebeln ebenfalls in Längsrichtung
des Walzenstapels verschiebbar sind.
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In
der 1 erkennt man den Walzenständer 5, welcher den
Walzenstapel 4 trägt.
Der Walzenstapel 4 besteht aus einer Oberwalze 1 und
einer Unterwalze 2, welche zwischen sich acht Zwischenwalzen 3 einschließen. Somit
werden insgesamt neun Walzenspalte 7 ausgebildet, von denen
eine beliebige Anzahl isoliert geschlossen werden kann.
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Auf
beiden Längsseiten 4.1 und 4.2 der
Walzen 1, 2, 3 sind jeweils zwei Zuganker 6, 8 angeordnet,
nämlich
an jedem axialen Ende der Walzen 1, 2, 3 jeweils
ein Zuganker 6, 8 auf jeder axialen Seite 4.1, 4.2.
Die Zuganker 6, 8 werden in einem nicht vorgespannten
Zustand montiert und nehmen erst dann eine Zugspannung auf, wenn
eine gewünschte
Anzahl von Walzenspalten 7 geschlossen wird und entsprechende
Nip-Kräfte
entstehen.
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Die
Zuganker 6, 8 ermöglichen einen leichten Walzenwechsel,
da beispielsweise die oberen Zuganker 6 (oder zusätzlich oder
alternativ die unteren Zuganker 8), welche bei Maschinenstillstand
frei von einer Vorspannung sind, wegfahrbar und/oder wegschwenkbar
montiert sind. Beispielsweise können
der oder die Zuganker 6, 8, welche bedienseitig angeordnet
sind, das heißt
an dem axialen Ende der Walzen, welches frei von Antriebseinrichtungen
für die
Walzen ist, zusammen mit einer dort vorgesehenen Fahrtreppe oder
auch mittels einer gesondert vorgesehen Einrichtung weggefahren
werden. Die am entgegengesetzten axialen Ende angeordneten Zuganker 6, 8,
das heißt
die auf dem triebseitigen Ende, an welchem Triebvorrichtungen zum
Antrieb der Walzen vorgesehen sind, angeordneten Zuganker, können beispielsweise
mittels einer Verschiebeeinrichtung weggefahren werden.
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Aufgrund
des Vorsehens von vier Zugankern 6, 8 kann der
Ständer 5 besonders
leicht ausgeführt werden,
da die von ihm aufzunehmenden Kräfte
im Vergleich zu bekannten Kalandern wesentlich kleiner sind. Dies
führt zu
einer Kostenersparnis bei der Herstellung des Kalanders.
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Wie
man sieht, sind die Zuganker 6, 8 in Form von
Zugspindeln ausgeführt,
deren oberen Enden vorteilhaft in Kalotten 14 gelagert
sind. Die Zuganker 6, 8 tragen in der gezeigten
Ausführung
jeweils zwei verstellbare Anschläge 9,
die in Form von Spindelmuttern ausgeführt sind und auf die Zugspindeln
aufgeschraubt sind. Die Spindelmuttern sind dabei in eine derartige
Position durch eine entsprechende Drehbewegung auf den Zugankern 6, 8 verschiebbar,
dass sie die Bewegung von einer ausgewählten Mittelwalze 3 in
eine ausgewählte
Richtung entlang der Zuganker 6, 8 verhindern.
In der in der 1 dargestellten Ausführung ist
beispielsweise die oberste Mittelwalze 3 gegen ein Verschieben
nach unten und die unterste Mittelwalze 3 gegen ein Verschieben nach
oben mittels jeweils vier verstellbaren Anschlägen 9 in Form von
Spindelmuttern gesichert.
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Die
Mittelwalzen 3 sind in Hebeln gelagert, welche bei einem
entsprechenden Einstellen der verstellbaren Anschläge 9 gegen
diese Anschläge 9 an vorbestimmten
Positionen anschlagen. Die gezeigte Ausführung mit Zugspindeln und Spindelmuttern
ist dabei derart variabel, dass jede beliebige Mittelwalze 3 gegen
eine Bewegung nach oben oder nach unten entlang der Zugspindeln 6, 8 fixiert
werden kann.
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Zur
Unterstützung
der Oberwalze ist zumindest an den beiden axialen Enden jeweils
ein Druckzylinder 12 vorgesehen, welcher die auf den obersten Walzenspalt
wirkenden Gewichtskräfte
der Oberwalze 1 mit Lagerung, Spindeln und dem gezeigten
Riegel 11 vermindert.
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Auch
die Mittelwalzen 3 sind mit entsprechenden Druckzylindern
wenigstens an den beiden axialen Enden versehen, mittels welchen
die Hebel der Mittelwalzen 3 zumindest teilweise gegen
ein Absenken gehalten werden können.
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Der
bereits erwähnte
Riegel 11 ist drehbar um seine Längsachse oberhalb der Oberwalze 1 gelagert
und dient dazu, die durch den Doppelpfeil angedeutete Verschiebefähigkeit
der Oberwalze 1 längs
des Walzenstapels, das heißt
in Richtung der Längsachse
der Zuganker 6, 8, nach oben zu begrenzen, um
bei einem entsprechenden Anfahren der Unterwalze 2 mittels
des im Ständer 5 gelagerten hydraulischen
Stellzylinders 10 gegen die unterste Mittelwalze 3,
und einem Weiterführen
der Unterwalze 2 in Richtung der Oberwalze 1,
was zunächst
zu einem Schließen
aller Walzenspalte 7 führt
und zu einem anschließenden
Verlagern der Oberwalze 1 nach oben bis gegen den Riegel 11,
einen vorbestimmten Druckaufbau in der Vielzahl der Walzenspalte 7 zu
erreichen. Die dabei herrschenden Nip-Kräfte, das heißt die Druckkräfte in den
verschiedenen Walzenspalten 7, werden im wesentlichen oder
ausschließlich über die
Zuganker 6, 8 abgeleitet, welche eine entsprechende
Dehnung erfahren.
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Die
verstellbaren Anschläge 9 dienen
dabei, wie bereits dargestellt wurde, dem Betreiben des gezeigten
Kalanders im Single-Nip-Betrieb zwischen der Oberwalze 1 und
der obersten Mittelwalze 3 und/oder der Unterwalze 2 und
der untersten Mittelwalze 3. Selbstverständlich können durch
entsprechendes Anordnen der verstellbaren Anschläge 9 und durch entsprechendes
Anfahren der Unterwalze 2 und anschließendes Anheben von ausgewählten Mittelwalzen 3,
beginnend mit der untersten Mittelwalze 3, eine Mehrzahl
von Walzenspalten 7 druckbeaufschlagt werden.
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Das
Schließen
des obersten Spaltes 7 im Single-Nip-Betrieb erfolgt durch
Verformen des Walzenmantels der Oberwalze 1, welche als
NIPCO-Walze ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
durch dieses Verformen der Oberwalze 1 von oben beginnend
mehrere Walzenspalte 7 zu schließen, indem die oberen verstellbaren
Anschläge 9 entsprechend
unter einer gewünschten
Mittelwalze 3, welche von oben gesehen die letzte im Eingriff
befindliche Mittelwalze 3 sein soll, anzuordnen, so dass diese
Mittelwalze 3 gegen die verstellbaren Anschläge 9 anschlägt. Die
Anzahl der dadurch verschließbaren
Walzenspalte ist allenfalls durch die Ausdehnungsfähigkeit
des Walzenmantels der Oberwalze 1 beschränkt.