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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Kalander hierzu.
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Aus
DE 198 20 089 C2 ist
ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn mit einem Mehrwalzen-Kalander
bekannt, bei dem zwischen einer oberen und unteren biegesteuerbaren
Walze mehrere Zwischenwalzen angeordnet sind. Dieses Walzenpaket
ist dabei verkettet und bildet Nips, die die Warenbahn durchläuft. Durch
das Eigengewicht der Walzen und der mit ihnen verbundenen überhängenden
Lasten, wie Leitwalzen, Walzenzapfen und Lagergehäuse, steigt
die Druckspannung bei vertikalen und schrägen Kalandern in den Nips von
oben nach unten an. Diese einem Walzenpaket fest zugeordnete Streckenlastzunahme
ergibt die natürliche
Streckenlast-Kennlinie. Um abweichend davon die Streckenlastkennlinie
individuell an eine zu kalandrierende Warenbahn anzupassen, ist
vorgesehen, die Zwischenwalzen gezielt zu biegen und die biegesteuerbaren
Endwalzen an diese Biegung anzupassen.
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Die
gezielte Biegung der Zwischenwalzen durch Einleiten von Verformungskräften führt zu einer Entlastung
oder Belastung der Walzen, so daß die Streckenlastdifferenz
zwischen dem oberen Nip und dem unteren Nip frei eingestellt werden
kann. In die Berechnung der Werte für die Verformungskräfte geht
neben der Balkenbiegung der Zwischenwalzen die Biegeverformung durch
Schubverformung als auch die eventuell vorhandene Rohrovalisierung
der Zwischenwalzen ein. Damit die Gleichmäßigkeit der Nipkräfte gewährleistet
ist, werden die Biegelinien der Zwischenwalzen aneinander angepaßt. Die Rohrovalisierung
der Zwischenwalzen, die insbesondere bei größeren Walzendurchmessern und
den als weiche Walzen eingesetzten Hohlwalzen auftritt, erschwert
die Einstellung einer gleichmäßigen Belastung
im Nip. Ein möglichst
gleichmäßiger Druckverlauf
im Nip über
die Breite der Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn, ist jedoch
erforderlich, um Dicken- und Qualitätsunterschiede quer zur Laufrichtung
der Warenbahn zu vermeiden.
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Aus
EP 1 243 694 ist ein Kalander
für die
Behandlung einer Papierbahn bekannt, der mindestens einen vom Ende
belastbaren Walzenstapel aus jeweils einer oberen und unteren Endwalze
und mehreren Zwischenwalzen aufweist. Die Anordnung der Walzen erfolgt
in einer Walzenstapelebene und die Walzen umfassen zur Bildung von
Soft-Nips harte und weiche Walzen. Dabei besitzt jede weiche Walze,
die eine Zwischenwalze bildet, einen größeren Durchmesser als eine
weiche Endwalze. Der größere Durchmesser
der weichen Zwischenwalzen erhöht die
Standzeiten der zweifach überrollten
Zwischenwalzen, die einen oberen und unteren Nip begrenzen. Nachteilig
ist jedoch die stärkere
Rohrovalisierung von Zwischenwalzen mit größerem Durchmesser, die zusätzliche
Maßnahmen
erfordert, um eine gleichmäßige Belastung
im Nip zu gewährleisten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Kalandrieren einer
Warenbahn und einen Kalander hierzu zu schaffen, die die Belastung
im Nip gleichförmig
gestalten.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs
1 und bei einem Kalander durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
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Hierdurch
wird ein Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn, insbesondere
einer Papier- oder Kartonbahn, und ein Kalander geschaffen, die die
Rohrovalisierung der mindestens einen Zwischenwalze durch eine gezielte
Vorspannung des Walzenmantels in den Richtungen ausgleichen, wo die
mindestens eine Zwischenwalze einen Nip begrenzt. Die Vorspannung
wird derart gewählt,
daß Vorspannungen
im Bereich einer Mittelzone anders eingestellt werden als im Bereich
beidseitiger Randzonen des jeweils begrenzten Nips. Die Vorspannungen
bewirken, daß der
Walzenmantel der Zwischenwalze(n) innere Kraftmomente erhält, die
in Richtung des jeweils begrenzten Nips wirksam sind, also radial nach
außen
gerichtet sind, und einen Nipfehler, der durch eine Rohrovalisierung
entsteht, unter Last zu korrigieren. Die Rohrovalisierung wird dazu
im Betrieb des Kalanders durch ein Korrekturkräfteprofil kompensiert.
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Die
durch die Vorspannungen erzeugten inneren Kraftmomente erlauben
den Einsatz von hohlzylindrischen Walzen mit dünnwandigen Walzenmänteln, wodurch
das Walzengewicht der Zwischenwalze(n) reduziert wird. Auch Zwischenwalzen
mit größeren Walzendurchmessern
zur Verbesserung der Standzeiten zeigen, wenn überhaupt, nur noch eine geringe
wirksame Rohrovalisierung. Eine gleichmäßige Streckenlastverteilung über die
Walzenbreite wird erreicht. Damit ist eine örtliche Verpressung der Warenbahn
und eine lokale Überlastung
der Walzenbezüge,
die im Extremfall zur Zerstörung
der Walzenbezüge
im Randbereich führen
kann, ausgeschlossen.
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Zwischenwalzen
mit einem geringen Eigengewicht haben eine steilere natürliche Kennlinie
zur Folge. Die Streckenlastwerte können in den Nips dadurch wesentlich
gesteigert werden und damit auch das Glättpotential und der Wirkungsgrad
des Kalanders erhöht
werden. Die Einstellung einer variablen Kennlinie ist zudem wesentlich
vereinfacht, da die individuell einstellbare Biegeverformung der
Zwischenwalze(n) gleichförmiger
erfolgen kann.
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Die
Vorspannungen können
so angelegt werden, daß eine
Umfangsprofilkorrektur einstellbar ist hinsichtlich der Breite des
Umfangsabschnitts. Bevorzugt sind Schmalbereiche, die die jeweilige
Niplänge
nur geringfügig überschreiten.
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Die
Vorspannungen können
im wesentlichen gleich gewählt
werden bei einer Zwischenwalze mit gegenüberliegend begrenzten Nips.
Die Einstellung der Vorspannungen kann dann über eine gemeinsame Druckmittelquelle
mit gemeinsamen Versorgungsleitungen erfolgen, wodurch ein kostengünstiger
Aufbau der Zwischenwalze(n) möglich
ist. Alternativ erlauben unterschiedliche Vorspannungen in Richtung
der begrenzten Nips einer Zwischenwalze die Einstellung einer wählbaren
Biegung der Zwischenwalze für
eine variable Kennlinie.
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Vorzugsweise
kann ferner eine unterschiedliche Einstellung die Vorspannungen
in den Mittelzonen gegenüber
den Randzonen dazu genutzt werden, Randprofilfehler der benachbarten
Walzen auszugleichen. Die Randzonen der vorgespannten Zwischenwalze
können
dazu zusätzlich
belastet oder entlastet werden.
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Ferner
können
variable Bahnbreiten eingestellt werden. Bei variablen Bahnbreiten,
insbesondere bei Dekorpapieren und/oder Vorimprägnaten und der damit einhergehenden
Problematik durch stark unterschiedliche Bahnbreiten können die
Vorspannungen derart gesteuert werden, daß die Nipränder weggezogen werden durch
eine unterschiedliche Beaufschlagung der Mittelzonen und der Randzonen
mit einer wählbaren
Vorspannung. Eine variable Nipbreite kann hierdurch eingestellt
werden.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kalanders für eine einseitige
Behandlung einer Warenbahn,
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2a zeigt
schematisch eine Seitenansicht des Kalanders gemäß 1 mit geschlossenen Nips,
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2b zeigt
schematisch einen Teilbereich der Seitenansicht gemäß 2a hinsichtlich
der mittleren Zwischenwalze im vorgespannten Zustand und ohne Belastung,
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3 zeigt
schematisch einen Längsschnitt der
mittleren Zwischenwalze des Kalanders gemäß 1,
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4 zeigt
einen Querschnitt der mittleren Zwischenwalze gemäß 3,
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5 zeigt
einen Querschnitt einer Zwischenwalze gemäß einem zweiten Ausführungsbeipiel,
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6 zeigt
einen Längsschnitt
einer Zwischenwalze gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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7 zeigt
einen Längsschnitt
einer Zwischenwalze gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel,
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8 zeigt
einen Längsschnitt
einer Zwischenwalze gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2a zeigen
einen Kalander für
die Behandlung einer Warenbahn, insbesondere einer Papier- oder
Kartonbahn. Der Kalander 1 umfaßt dazu mindestens einen von
einem Ende oder beiden Enden her belastbaren Walzenstapel 2 mit
einer oberen Endwalze 3 und einer unteren Endwalze 4 und
mindestens einer Zwischenwalze 5. Die Endwalzen 3, 4 sind
vorzugsweise als Biegeeinstellwalzen ausgebildet. Je nach Qualität der zu
erzielenden Satinage kann die Anzahl an Zwischenwalzen gewählt werden.
Gemäß 1 und 2a sind
drei Zwischenwalzen 5, 6, 7 vorgesehen,
die mit den Endwalzen 3, 4 gemeinsam in einer
Walzenstapelebene angeordnet sind, die vertikal verläuft. Alternativ
kann die Walzenstapelebene geneigt verlaufen. Zwischen jeweils zwei
der Walzen 3 bis 7 sind Nips 8, 9, 10, 11 ausgebildet,
die die Papier- oder Kartonbahn 12 in einer Durchlaufrichtung
D durchlaufen.
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Zur
Bildung von Nips in Form von Soft-Nips, bei denen eine harte und
eine weiche Walze einen Nip begrenzen, sind die Walzen 3 bis 7 vorzugsweise als
harte und weiche Walzen ausgebildet. Die obere Endwalze 3,
die untere Endwalze 4 und die mittlere Zwischenwalze 5 sind
bei einem Walzenstapel 2 mit insgesamt fünf Walzen
vorzugsweise weiche Walzen, also Walzen, die mit einem elastischen
Bezug versehen sind. Die Nips 8, 9, 10, 11 sind
dann alle Soft-Nips. Der Walzenstapel 2 dient zur einseitigen Behandlung
einer Warenbahn. Zur zweiseitigen Behandlung kann ein zweiter entsprechend
ausgebildeter Walzenstapel vorgesehen sein.
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Mindestens
eine Zwischenwalze, hier die Zwischenwalze 5, die vorzugsweise
als weiche Walze ausgebildet ist, ist eine Walze, die in den Richtungen
der von dieser Zwischenwalze begrenzten Nips 9, 10 auf
einem Umfangsabschnitt durch Druckbeaufschlagung mit Kräften in
Richtung des jeweils begrenzten Nips vorspannbar ist. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich
ist, weist die Zwischenwalze 5 dazu einen feststehenden
Träger 13 auf,
um den ein rohrförmiger
Walzenmantel 14 drehbar angeordnet ist. Zwischen dem Träger 13 und
dem Walzenmantel 14 ist ein Hohlraum 30 ausgebildet,
in dem druckbelastbare Abstützungen 15, 16 für eine Vorspannung in
Richtung des einen Nips 9 und druckbelastbare Abstützungen 17, 18 für eine Vorspannung
in Richtung des anderen Nips 10 angeordnet sind. Die druckbelastbaren
Abstützungen 15, 17 bilden
jeweils Randzonen und die druckbelastbaren Abstützungen 16, 18 bilden
jeweils eine Mittelzone, die an mindestens eine Druckmittelquelle 19 angeschlossen
sind, und zwar vorzugsweise getrennt.
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Die
druckbelastbaren Abstützungen 15, 16 einerseits
und 17, 18 andererseits sind jeweils längs einer
wählbaren
Nipbreite axial angeordnet und erstrecken sich voneinander beabstandet
radial über einen
wählbaren
Umfangsabschnitt, wie aus 2a und 2b ersichtlich
ist. Der wählbare
Umfangsabschnitt erstreckt sich streifenfömig entlang der Nipbereiche,
ist vorzugsweise jeweils kleiner als ein Viertel des Umfangs des
Walzenmantels 14 und kann symmetrisch oder unsymmetrisch
zum begrenzten Nip 9, 10 ausgerichtet sein. Der
Begriff streifenförmig
umfaßt
dabei kontinuierliche Kammer- als auch diskontinuierliche Stempelabstützungen.
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Die
druckbelastbaren Abstützungen 15, 16, 17, 18 bilden
gegenüberliegend
angeordnete Reihen von einzelnen beabstandet zueinander angeordneten
Stützelementen,
die als radial bewegbare Kraftelemente mit hydrostatischen, den
Walzenmantel 14 auf einer inneren Mantelumfangsfläche 20 abstützenden
Lagertaschen 21 ausgebildet sind, die durch Drosselkanäle 22 mit
einem zwischen einem Stempel 23 und dem Träger 13 angeordneten
Zylinderraum 24 verbunden sind. Die Drosselkanäle 22 der verschiedenen
Abstützungen 15, 16, 17, 18 sind über eine
oder mehrere Versorgungsleitungen 25, 26, 27 an
die Druckmittelquelle 19 angeschlossen. Vorzugsweise sind
die Abstützungen 16, 18 der
Mittelzone an eine gemeinsame Versorgungsleitung 27 angeschlossen.
Die Abstützungen 15, 17 der
Randzonen sind ebenfalls vorzugsweise an gemeinsame Versorgungsleitungen 25, 26 angeschlossen,
wobei jede einzelne der Abstützungen 15 mit
der entsprechend gegenüberliegenden
Abstützung 17 an
jeweils eine gemeinsame Versorgungsleitung 25, 26 angeschlossen
sind. Der gemeinsame Anschluß gegenüberliegender
Abstützungen 15, 17 und 16, 18 dient
der gleichen Druckbeaufschlagung zur Bildung gleicher Vorspannungen,
wodurch die Zwischenwalze 5 im unbelasteten Zustand eine
Aufweitung in den benachbarten Nips 9, 10 erfährt, vgl. 2a und 2b,
die dann im belasteten Zustand zu einem Ausgleich einer Rohrovalisierung
führt.
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Alternativ
zu einer Ausbildung der Abstützungen 15, 16, 17, 18 als
stempelartige Stützelemente
können
diese auch von Schmalkammern 28, 29 gebildet werden,
wie in 5 gezeigt, die jeweils in eine Mittelkammer und
Randkammern unterteilt sind.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist bei der Zwischenwalze 5 der Träger 13 mit den Abstützungen 15, 16, 17, 18 als
Querhaupt in den Walzenmantel 14 einsetzbar. An den Walzenmantel 14 sind Walzenzapfen 31, 32 angebracht,
die über
Wälzlager 33, 34 in
Halterungen 35 gelagert sind, die an einem Kalanderständer 36 befestigt
sind. Die Halterungen 35 werden vorzugsweise von Hebelführungen
gebildet. Für
eine Lagerung des Trägers 13 im
Walzenmantel 14 sind ebenfalls Wälzlager 37, 38 vorgesehen.
Mittels einer Verdrehsicherung 52 wird der Träger 13 im
Kalanderständer 36 zusätzlich gesichert werden.
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Der
Walzenmantel 14 besitzt eine wählbare Wanddicke, die bis auf
30 mm reduzierbar ist. Besonders bevorzugt sind Wanddicken im Bereich
von 60 bis 90 mm. Der Durchmesser der Zwischenwalze 5 ist
wählbar.
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Wie
die Zwischenwalze 5, sind auch die beiden anderen Zwischenwalzen 6, 7,
bei denen es sich hier um harte Walzen handelt, über Halterungen 39, 40,
die als Hebelführungen
ausgebildet sind, am Kalanderständer 36 befestigt.
Die Endwalzen 3, 4 sind vorzugsweise an verfahrbaren
Lagerblöcken 41, 42 gehalten.
Zum Öffnen,
Schließen
als auch Belasten ist der Walzenstapel 2 von einem Ende
oder beiden Enden her belastbar. Vorgesehen ist hier ein Hubzylinder 43,
der auf die untere Endwalze 4 wirkt, wobei die obere Endwalze 3 dann
feststehend angeordnet ist.
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Zur
Einstellung individueller Streckenlasten, losgelöst vom Eigengewicht der Walzen 3 bis 7,
können
Be- oder Entlastungseinrichtungen 44, 45, 46 vorgesehen
sein, die auf die Halterungen 35, 39, 40 der
Zwischenwalzen 5, 6, 7 wirken. Jede Walze 3 bis 7 ist
ferner vorzugsweise mit einem eigenen Leistungsantrieb 47 bis 51 versehen.
Zur Führung
der Papierbahn 12 zwischen den Nips 8 bis 11 sind
nicht dargestellte Leitrollen vorgesehen. Der Walzenstapel 2 kann
on-line oder offline einer Papiermaschine eingesetzt werden. Alle
harten und gegebenenfalls weichen Walzen können temperiert oder beheizt
sein.
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Das
in 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer Zwischenwalze
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Walzenzapfen 31, 32 feststehend
in den Halterungen 35 gehalten sind, wozu die Wälzlager 37, 38 zwischen
Träger 13 und
Walzenmantel 14 entsprechend ausgebildet sind. Im übrigen gelten
die vorstehenden Ausführungen
entsprechend, wobei die Zwischenwalze 5 auch nicht zentral
angetrieben werden kann.
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Das
in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Ausbildung
der mindestens einen Zwischenwalze 5, bei der die Vorspannung
derart gesteuert ist, daß auch
unter Last eine Aufweitung des Walzenmantels 14 eingestellt
ist, um die Nipbreite B einstellen zu können. Eine individuelle Einstellung der
wirksamen Nipbreite B ist dadurch möglich. Dies wird erreicht durch
unterschiedliche Vorspannungen an den Abstützungen 15, 17 der
Randzonen. Im übrigen
gelten die vorstehenden Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
entsprechend.
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Das
in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Ausbildung
der mindestens einen Zwischenwalze 5, bei der die Abstützungen 16, 18 der
Mittelzonen an voneinander getrennte Versorgungsleitungen 27a und 27b angeschlossenen
sind. Ebenso sind die Abstützungen 15, 17 an
von und zueinander getrennte Versorgungsleitungen 25a, 25b; 26a, 26b; 53a, 53b und 54a, 54b angeschlossenen. Hierdurch
wird zusätzlich
eine Biegung der Zwischenwalze 5 zur Einstellung einer
variablen Kennlinie ermöglicht
ebenso wie Randprofilkorrekturen zum Ausgleich von Randprofilfehlern
benachbarter Walzen.
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Gemäß einem
weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Walzenstapel
eine wählbare
Anzahl Walzen mit weichem Wechselspalt aufweisen, wobei mindestens
eine Zwischenwalze vorgesehen ist.
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Bei
einem Verfahren zum Kalandrieren einer Warenbahn, insbesondere einer
Papierbahn, mit einem Kalander, bei dem zwischen Endwalzen 3, 4 eine
oder mehrere Zwischenwalzen 5, 6, 7 angeordnet
sind und der Walzenstapel 2 verkettet ist, ist vorgesehen,
daß mindestens
eine Zwischenwalze 5 einen um einen feststehenden Träger 13 drehbaren rohrförmigen Walzenmantel 14 aufweist.
Eine gleichförmige
Belastung im Nip unter Minimierung einer Rohr ovalisierung wird erzielt,
indem der Walzenmantel 14 der mindestens einen Zwischenwalze 5 in
den Richtungen der von dieser Zwischenwalze 5 begrenzten
Nips 9, 10 auf einem Umfangsabschnitt durch Druckbeaufschlagung
mit Kräften
in Richtung des begrenzten Nips 9, 10 vorgespannt
wird. Die Vorspannungen von Abstützungen 16, 18 in
einer Mittelzone werden dabei derart anders eingestellt als die Vorspannungen
von Abstützungen 15, 17 in
Randzonen, daß ein
eine Rohrovalisierung korrigierendes Korrekturprofil lastabhängig in
einem streifenförmigen
Umfangsabschnitt entlang der Nipbereiche eingestellt wird. Das Korrekturprofil
ist ein gegenovalisierendes Korrekturprofil.
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Die
Vorspannungen werden zur Umfangsprofilkorrektur also derart gewählt, daß als Soll-Werte eine
Aufweitung der mindestens einen Zwischenwalze 5 in den
Umfangsabschnitten eingestellt wird, die eine Verformung der Zwischenwalze 5 unter
Last im Walzenstapel durch Ovalisierung ausgleicht.
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Vorzugsweise
werden bei der mindestens einen Zwischenwalze 5 die Vorspannungen
bei gegenüberliegend
begrenzten Nips 9, 10 in den beiden Richtungen
im wesentlichen gleich gewählt.
Alternativ können
unterschiedliche Vorspannungen in Richtung des oder der begrenzten
Nips zur Biegung der Zwischenwalze und Einstellung einer variablen Kennlinie
eingestellt werden.
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Die
vorspannbaren Umfangsabschnitte der Zwischenwalze 5 sind
vorzugsweise schmal, wobei die Länge
als eine die Niplänge übersteigende Schmalzone
gewählt
wird, die allerdings ein Viertel der Umfangslänge der Zwischenwalze 5 vorzugsweise
nicht übersteigt.
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Durch
die Steuerung der Vorspannung in den Randzonen kann eine wirksame
Nipbreite B eingestellt werden.
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Die
Vorspannungen der Randzonen können für eine zusätzliche
Randprofilkorrektur der Randprofilfehler einer benachbarten Walze 6, 7 eingestellt werden.
Die Abstützungen 15, 17 der
Randzonen werden dazu zusätzlich
belastet oder entlastet.