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Die
Erfindung betrifft einen Kalander mit mindestens drei Walzen, deren
Achsen in einer Pressebene angeordnet sind, wobei jeweils benachbarte Walzen
einen Nip zwischen sich ausbilden, wobei zumindest einige der Walzen
mit einem elastischen Belag versehen sind, und mit einer Steuervorrichtung zum Öffnen und
Schließen
der Nips. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Satinieren
mit diesem Kalander.
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Kalander
dienen zum Behandeln von Materialbahnen, insbesondere zum Satinieren
von Papierbahnen. Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines Papier-Kalanders
beschrieben werden, ohne auf diesen Anwendungszweck begrenzt zu
sein.
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Bei
der Satinage einer Papierbahn wird die Papierbahn durch den Kalander
geführt
und in den Nips, die auch als 'Walzenspalte" bezeichnet werden, mit
Druck und gegebenenfalls auch mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt.
Die Art der Druckbehandlung im Kalander bestimmt hierbei die Oberflächeneigenschaften
der Materialbahn. Hierbei lässt sich
in erster Näherung
feststellen, dass mit der Anzahl der Nips auch die Güte der Oberfläche besser wird.
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In
vielen Fällen
ist allerdings eine hohe Oberflächenqualität gar nicht
erforderlich oder erwünscht. Man
kommt dann mit einer geringeren Anzahl von Nips aus. Es gibt Papierfabriken,
die sowohl glänzende
Papiere, die durch mehrere Nips gefahren werden, als auch Mattpapiere
herstellen wollen, die nur einen oder zwei Nips passieren.
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Es
ist daher beispielsweise aus
EP 0 661 405 A1 bekannt, einen Kalander mit
vier Walzen und drei Nips so auszubilden, dass er wahlweise mit
drei, zwei oder auch nur mit einem Nip gefahren werden kann, wobei
jeweils der oder die untersten Nips geschlossen sind, während die
verbleibenden Nips geöffnet
bleiben. Die Streckenlast, die auf die Papierbahn wirkt, lässt sich
hier verändern.
Allerdings sind hierzu drei Durchbiegeeinstellwalzen erforderlich.
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In
der älteren
deutschen Patentanmeldung 196 31 056 ist ein weiterer Kalander beschrieben,
bei dem in einem Kalander ein Walzenstapel mit mehreren Nips kombiniert
ist mit einem Walzenpaar, das nur einen Nip zwischen sich ausbildet.
Beide Walzenstapel haben eine Walze gemeinsam. Sie können alternativ
betrieben werden.
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Alle
diese Kalander und die Kalandrierverfahren im Stand der Technik
berücksichtigen
nicht, dass Materialbahnen mit unterschiedlichen Papierqualitäten oft
mit unterschiedlichen Bahnbreiten an dem Kalander ankommen. Qualitativ
hochwertige Papiere, die anschließend auch in mehreren Walzenspalten
geglättet
werden, können
deutlich schmaler als die zukünftigen
matteren Papiere sein. Dafür kommen
mehrere Ursachen in Betracht. Möglicherweise
ist die breitere Materialbahn nicht so stark getrocknet worden oder
sie hat einfach ein anderes Flächengewicht
oder bei der Stoffzusammensetzung hat eine gröbere Ausmahlung stattgefunden.
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Es
ist in den Papierfabriken typisch, die Materialbahnen, die durch
alle Nips gefahren werden, etwas breiter als die elastischen Beläge der elastischen
Walzen im Kalander herzustellen, denn die Beläge dürfen ohne äußere Kühlung auf keinen Fall in Kontakt
mit den anliegenden Heizwalzen kommen. Der nichtsatinierte schmale überstehende
Rand wird nach dem Kalander beschnitten.
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Sollen
jetzt aber Materialbahnen satiniert werden die breiter sind, wird
der Randbeschnitt sehr groß und
somit der Ausschuss verhältnismäßig hoch. Entsprechend
unwirtschaftlich wird die Satinage der breiteren Materialbahnen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flexibilität bei der
Satinage von unterschiedlich breiten Materialbahnen mit geringerem
Aufwand zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art gemäß Anspruch
1 dadurch gelöst,
dass zumindest eine der elastischen Walzen einen breiteren, d.h.
in der axialen Länge
der Walze längeren
elastischen Belag hat als zumindest eine andere elastische Walze
des Kalanders. Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 10 bei einem Verfahren
zum Satinieren einer Materialbahn mit einem Kalander dadurch gelöst, dass
die Walzen so eingestellt werden, dass sich neben zumindest einem
geschlossenen Nip geöffnete
Nips befinden, wobei zumindest eine der elastischen Walzen, die
an der Bildung eines geschlossenen Nips beteiligt ist, durch den
die Materialbahn geführt
wird, einen breiteren, d.h. in der axialen Länge der Walze längeren elastischen
Belag hat als zumindest eine elastische Walze, die an der Bildung
eines geöffneten
Nips beteiligt ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung lässt
sich der Kalander sowohl so betreiben, dass mehrere Nips für eine schmalere
Materialbahn geschlossen sind, in denen sie mit Druck beaufschlagt
wird. Dies führt
zu einer relativ hohen Oberflächenqualität. Der Kalander
kann aber auch so betrieben werden, dass für breitere Materialbahnen nicht
alle Nips geschlossen sind. Im Gegensatz zu bekannten Kalandern,
bei denen die geschlossenen Nips mit wenigstens einer elastischen
Walze gebildet werden, deren Belag die gleiche Länge hat, wie die der elastischen
Walzen, die einen geöffneten
Nip bilden, geht man nun den Weg, diese Walzen mit einem breiteren
Belag zu versehen. Auf diese Weise können in den normalerweise ein
oder zwei geschlossenen Nips Materialbahnen größerer Breite satiniert werden,
und es muss ein weniger breiter Randstreifen abgeschnitten werden.
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Bevorzugt
sind vor einer elastischen Walze mit breiterem elastischen Belag
am Rand Kühleinrichtungen
vorgesehen sind, die auf den Belag wirken. Werden nämlich schmalere
Bahnen, die etwas breiter sind als die schmaleren Beläge durch
alle Nips gefahren, so kann es sein, dass bei Mitbenutzung der Walzen
mit den längeren
Belägen
diese an den Enden seitlich der Papierbahn überstehen und in Gefahr kommen,
Kontakt mit den anliegenden Heizwalzen zu bekommen. Deshalb werden
bei dieser Fahrweise die elastischen Beläge am Rand durch die Kühleinrichtung
gekühlt.
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Bevorzugt
ist ein geschlossener Nip durch zumindest eine der beiden äußeren Walzenpaare
gebildet. Dies vereinfacht die Steuerung der Walzen. In vielen Kalandern
ist ohnehin vorgesehen, dass die Walzen auseinander gefahren werden
können,
so dass alle Nips geöffnet
werden, beispielsweise zum Einführen
der Papierbahn. Wenn die beiden äußeren Walzenpaare
die geschlossenen Nips bilden, dann reicht es zum Schließen der
Nips aus, wenn zwei Walzen bewegt werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden
Endwalzen als Durchbiegeeinstellwalzen ausgebildet sind. Man erreicht
damit, dass die beiden geschlossenen Nips mit Druckkräften beaufschlagt
werden können,
die über
die Kräfte
hinausgehen, die zum Ausgleich des Eigengewichts der Walzen notwendig
sind. Auch eine Querprofilierung wird ermöglicht. Damit wird die Behandlungsmöglichkeit
erweitert.
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Vorzugsweise
ist von den elastischen Walzen mit breiterem elastischen Belag mindestens
eine angetrieben. Damit ist die Behandlung der Materialbahn in beiden
Nips möglich,
ohne dass die Materialbahn unzulässig
hohen Zugkräften
ausgesetzt wird.
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Mit
Vorteil weisen alle Walzen einen eigenen Antrieb auf und zumindest
die Antriebe der Walzen, die die geöffneten Nips begrenzen, sind
einzeln steuerbar. Diese Antriebe können dann, wenn die Nips offen
bleiben, stillgesetzt werden, so dass die Walzen nicht mehr mitdrehen.
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Mit
Vorteil ist eine elastische Walze mit breiterem Belag oder deren
benachbarte Walze, mit der die elastische Walze einen Nip bildet,
im Ständer festgelegt.
Auch dies vereinfacht die Steuerung. Zum Erzeugen des geschlossenen
Nips muss lediglich die andere Walze herangeführt und gegebenenfalls mit Druck
beaufschlagt werden.
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Mit
Vorteil ist bei mindestens einem Nip eine Walze arretierbar, und
die andere Walze weist einen Druckgeber an einem Hebel auf. Um die
Nips zu schließen,
ist daher nur eine einzige Walzenbewegung notwendig. Die andere
Walze wird festgelegt.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, dass der Druckgeber auf ein Ende eines
zweiarmigen Hebels wirkt, an dessen anderem Ende die andere Walze
angeordnet ist. Hierdurch steht genügend Platz für den Druckgeber
zur Verfügung.
Die Hebelübersetzung kann
noch ausgenutzt werden, um eine geeignete Kraftbeaufschlagung im
Nip sicherzustellen.
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Vorzugsweise
ist eine Walze als Walze mit Mantelhub ausgebildet. Dies ist eine
Möglichkeit,
die alternativ oder zusätzlich
zu der Verwendung eines Druckgebers am zweiarmigen Hebel gewählt werden kann.
Bei einer Walze mit Mantelhub wird der notwendige Druck im Nip dadurch
erzeugt, dass der gesamte Walzenmantel verfahren wird.
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Mit
Vorteil ist wenigstens ein Nip als weicher Nip ausgebildet, der
durch zwei mit elastischem Belag versehene benachbarte Walzen erzeugt
wird. Man kann dann den Kalander entweder als herkömmlicher
Mehrwalzenkalander mit einer Vielzahl von Nips fahren oder als sogenannter
SoftSoftkalander mit mindestens einem weichen Walzenspalt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigen:
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1:
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kalanders
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2:
eine schematische Darstellung der Fahrweise unterschiedlicher Papierbahnbreiten
vergleichsweise im Stand der Technik und gemäß der Erfindung
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Ein
Kalander 1 weist in einem Gestell 2 sechs Walzen 3 bis 8 auf,
deren Achsen in einer Pressenebene 9 übereinander liegen.
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Jeweils
benachbarte Walzen bilden Nips oder Walzenspalte 10-14.
Wenn die Walzen 3-8 auseinander gefahren werden,
werden die Nips 10-14 geöffnet. Wenn die Walzen 3-8 zusammengefahren werden,
werden die Nips 10-14 geschlossen. Hierzu ist
die oberste Walze 3 im Gestell 2 festgelegt, die mittleren
Walzen 4-7 sind an Hebeln 15-18 im Gestell 2 aufgehängt, und
die unterste Walze 8 ist in einem Schlitten 19 im
Gestell 2 verfahrbar und wird von einem Hubzylinder 20 angetrieben.
Wenn der Hubzylinder 20 abgesenkt wird, können die
Hebel 15-18 soweit nach unten geschwenkt werden,
dass sie auf nicht näher
dargestellten Anschlägen
aufliegen.
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Diese
Betriebsweise eines derartigen Kalanders ist an sich bekannt. In
den geschlossenen Nips kann die Materialbahn mit Druck und gegebenenfalls einer
erhöhten
Temperatur behandelt werden. Hierbei sind die unterste Walze 8 und
gegebenenfalls die oberste Walze 3 als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet.
Die Walzen 3, 5, 6 und 8 weisen
einen elastischen Oberflächenbezug
auf, so dass die Nips 10, 11 und 13, 14 als
so genannte weiche Walzenspalte ausgebildet sind. Der mittlere Nip 12 ist
als so genannter Wechselspalt ausgebildet, d.h. hier liegen zwei
weiche Walzen gegenüber.
Die Walzen 4 und 7 haben hingegen eine harte Oberfläche.
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Ferner
sind eine Reihe von Umlenkrollen 22-26 vorgesehen, die
zur Führung
einer Materialbahn 21 durch den Kalander 1 dienen.
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Die
Materialbahn 21 kann nun in einer Betriebsweise, die an
sich bekannt ist, in allen Nips 10-14 behandelt
werden. In diesem Fall handelt es sich in der Regel um eine schmalere
Materialbahn, die in der 2 die Bezeichnung 21a erhält. Die
Materialbahn kann aber auch, wie dies in 1 dargestellt
ist, so behandelt werden, dass sie nur in zwei Nips, nämlich den
Nips 10 und 14, behandelt wird. In diesem Fall
handelt es sich in der Regel um eine breitere Materialbahn, die
in der 2 die Bezeichnung 21b erhält.
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Zu
diesem Zweck sind die Walzen 3-8 des Kalanders 1 so
eingestellt, dass nur die Walzen 3 und 4 gegeneinander
gedrückt
werden und die Walzen 7 und 8.
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Dementsprechend
sind die Nips 11-13 geöffnet und nur die Nips 10 und 14 geschlossen.
Dadurch wird es möglich,
dass man die Materialbahn 21 in zwei weichen Nips 10 und 14 so
behandeln kann, dass jede Seite der Materialbahn 21 einmal
an einer weichen Walze anliegt. Die Umlenkrollen 24 und 26 dienen
dazu, die Materialbahn 21 an den Nips 12 und 13 vorbeizuführen. Der
Nip 11 wird durchlaufen, ohne dass hier eine Behandlung
der Materialbahn erfolgt.
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Die
Steuerung der Walzen, die zum Schließen der Nips 10 und 14 notwendig
ist, erfolgt nun folgendermaßen:
Die
oberste Walze 3 ist im Gestell 2 festgelegt. Die zweitoberste
Walze 4 ist auf einem Arm eines zweiarmigen Hebels 15 befestigt.
Am anderen Arm greift ein Druckgeber 27 an. Wenn der Druckgeber 27,
der beispielsweise als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet sein kann, den Arm
des Hebels 15 nach unten bewegt, dann wird die Walze 4 nach
oben gegen die Walze 3 gedrückt. Da die oberste Walze 3 als
Durchbiegungseinstellwalze ausgebildet ist, kann man die Druckkräfte, die
vom Druckgeber 27 erzeugt werden, in relativ weiten Bereichen
frei wählen.
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Der
Hebel 18, an dem die Walze 7 gelagert ist, wird
in der abgesenkten Position, bei der die übrigen Nips 11-13 geöffnet sind,
mit Hilfe einer Feststelleinrichtung 28 gegenüber dem
Gestell 2 arretiert. Der Nip 14 wird dann dadurch
geschlossen, dass der Hubzylinder 20 die unterste Walze 8 anhebt.
Da auch die unterste Walze 8 als Durchbiegungseinstellwalze ausgebildet
ist, kann man auch hier die Kräfte
relativ frei wählen.
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Alle
Walzen 3-8 weisen einen eigenen Antrieb 29-34 auf,
wobei zumindest die Antriebe der Walzen 5 und 6 unabhängig von
den übrigen
Antrieben steuerbar sind. Sie können
dann stillgesetzt werden, wenn die Walzen 5 und 6 aufgrund
der geöffneten
Nips 11 bis 13 beim Behandeln der Materialbahn 21 nicht
in Aktion treten müssen.
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In
der dargestellten Form kann man mit dem Kalander 1 sowohl
eine volle Satinage in fünf
Nips 10-14 durchführen, um eine hohe Oberflächengüte zu erzielen,
d.h. eine Papierbahn mit hohen Glanz- und Glättewerten zu erzeugen, als
auch, wie in 1 dargestellt, die Materialbahn 21 nur
in zwei Nips behandeln, so dass eine verminderte Oberflächenqualität erhalten
wird, die aber für
viele Verwendungszwecke vollkommen ausreicht.
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Erfindungsgemäß weisen
die Walzen 3 und 8 einen breiteren elastischen
Belag auf als die Walzen 5 und 6. Durch diese
beiden Nips wird in dem Ausführungsbeispiel
eine breitere Materialbahn 21 gefahren. Da die Materialbahn 21 in
der Regel etwas breiter als der Belag ist, ist der nach dem Kalander angeordnete,
in der Zeichnung nicht dargestellte Randbeschnitt deutlich geringer,
als würde
man die breitere Materialbahn durch Walzenspalte führen, die nur
die schmaleren Beläge
aufweisen. Wird anschließend
eine bessere Produktqualität
gewünscht,
kann die Materialbahn, die auf die Breite der schmaleren Beläge an Walze 5 und 6 angepasst
ist, durch alle Walzenspalte gefahren werden. Dazu ist es ratsam, die
längeren
Beläge
der Walzen 3 und 8 am Rand zu kühlen, was
beispielsweise über
nicht in der Zeichnung dargestellte aber bekannte Blasluftkühlung erfolgen
kann.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung, wie im Stand der Technik im Vergleich
zu der Erfindung unterschiedliche Materialbahnbreiten gefahren werden.
Symbolisch wird die Länge
der elastischen Walzen 3, 5, 6, 8,
bzw. genauer gesagt deren Beläge, mit
einer gekreuzten Schraffur angedeutet. Die Heizwalzen 4 und 7 sind
quergestreift, und die Breite der Materialbahn 21, 21a, 21b ist
durch ein unschraffiertes Kästchen
dargestellt. Die beiden übereinander angeordneten
Darstellungen auf der linken Seite entsprechen der neuen Erfindung,
die beiden übereinander
angeordneten Darstellungen rechts zeigen den Stand der Technik.
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Jeweils
die obere Darstellung steht für
den Durchlauf einer schmaleren Papierbahn durch alle Nips, während die
unteren beiden die Satinage einer breiteren Bahn in nur zwei Nips
zeigt (die mittleren Walzenspalte sind geöffnet ohne Materialbahn gezeigt).
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Jeweils
unterhalb der symbolisch dargestellten Walzen 3 bis 8 ist
die Papierbahnbreite gezeigt und die Stelle, an der der Randbeschnitt 38 erfolgen kann.
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In
den Darstellungen des Standes der Technik auf der rechten Seite
haben alle elastischen Beläge
aller elastischen Walzen 3, 5, 6, 8 die
gleiche Länge.
Etwa in der gleichen Breite findet nach dem Kalander der Randbeschnitt 38 statt.
Bei breiteren Materialbahnen 21b ist der Verlust entsprechend
größer. Die
fertige verkaufsfähige
Bahnbreite 41a ist für
beide Papiersorten gleich groß.
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Anders
sieht dies bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Belagslänge
aus. Für
eine schmalere Materialbahn ist das Ergebnis zwar noch das gleiche,
wobei der über
die Materialbahnbreite überstehende
elastische Belag über
Kühleinrichtungen 37 gekühlt werden
muss. Dies ist wegen des Freiraums an den Endwalzen ohne Probleme
durch dort angeordnete Kühlluftdüsen realisierbar.
Die fertige Materialbahnbreite 41a ist wie die des Standes der
Technik. Allerdings für
die nicht so hochwertigen, etwas breiteren Papiere kann wegen der
größeren Belagslänge der
beteiligten elastischen Walze 3 und 8 im ersten
und letzten Nip der Randbeschnitt 38 deutlich weiter nach
außen
gezogen werden und der Verschnitt wird dadurch wesentlich geringer.
Die fertige Materialbahnbreite 41b ist in diesem Fall vergrößert, was
die Herstellungsmenge verkaufsfähigen Papiers
pro Zeiteinheit gegenüber
dem Stand der Technik erhöht.
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Die
Erfindung soll nicht auf elastische Walzen beschränkt sein,
die auf einem festen Grundkörper
(Rohr) einen elastischen Belag haben, sondern auch für elastische
Walzen gelten, bei denen der gesamte Walzenmantel aus einem elastischen
Material besteht.