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Die
Erfindung betrifft eine Kalanderanordnung mit einem über mindestens
zwei Umlenkelemente geführten
Band, das über
eine vorbestimmte Länge
an einem Gegendruckelement anliegt und mit dem Gegendruckelement
einen Nip für
die Behandlung einer Materialbahn bildet.
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Eine
derartige Kalanderanordnung ist beispielsweise aus
WO 03/064764 A1 bekannt.
Das Band ist als Metallband ausgebildet, das über vier Umlenkrollen geführt ist.
In einen Abschnitt zwischen zwei Umlenkrollen taucht eine Gegenwalze
ein, die vom Band über
etwa 120° umschlungen
ist. Optional kann man vorsehen, auf der Innenseite des Metallbandes
eine weitere Walze anzuordnen, die den Druck, der im Nip zwischen
dem Metallband und der Gegenwalze erzeugt wird, noch verstärken kann.
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Wenn
in der vorliegenden Beschreibung davon die Rede ist, daß das Band
an dem Gegendruckelement anliegt, dann ist darunter im Betrieb eine
Situation zu verstehen, in der das Band unter Zwischenlage der Materialbahn
an dem Gegendruckelement anliegt. Eine unmittelbare Berührung zwischen dem
Band und dem Gegendruckelement findet also nicht statt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für eine
Materialbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Materialbahnen,
beispielsweise Kartonbahnen, anwendbar, die auf ähnliche Weise behandelt werden.
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Die
meisten Papier- oder Kartonbahnen müssen im Verlaufe ihrer Herstellung
mindestens einmal satiniert werden, d.h. sie müssen mit einem erhöhten Druck
und vielfach auch mit einer erhöhten Temperatur
beaufschlagt werden. Hierzu hat man viele Jahre lang Kalander verwendet,
bei denen zwei oder mehr Walzen einen oder mehr Nips gebildet haben,
durch die die Papierbahn geleitet wird. In den Nips wird die Bahn
verdichtet. Gleichzeitig wird die Oberfläche geglättet. In der Regel werden dabei
die Nips jeweils durch eine harte und eine weiche Walze gebildet.
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Um
den Volumenverlust in einem Kalander zu verringern, verwendet man
seit einiger Zeit auch sogenannte Breitnip- oder Schuh-Kalander,
bei denen eine harte Walze mit einer sogenannten Schuhwalze zusammenwirkt.
Die Schuhwalze weist einen umlaufenden Mantel auf, der unter der
Wirkung eines Stützschuhs
gegen den Umfang der harten Walze gedrückt wird. Dadurch wird die
Behandlungszeit für die
Papierbahn im Nip verlängert,
so daß man
bei annähernd
gleichen Satinageergebnissen mit ver ringerten Druckspannungen auskommt.
Dadurch wird das Volumen der Papierbahn geschont.
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Eine
andere Möglichkeit
der Satinage ist in der obengenannten
WO 03/064764 A1 dargestellt. Dort
wird die zum Behandeln der Bahn notwendige Druckspannung dadurch
aufgebracht, daß das
Band durch die beiden der Gegenwalze benachbarten Umlenkrollen gegen
die Gegenwalze gespannt wird. Dies erfordert allerdings ein Band,
das über
eine sehr hohe Zugfestigkeit verfügt. Dies macht eine Kalanderanordnung
sehr aufwendig, wenn sie mit ausreichenden Druckspannungen im Nip
arbeiten soll. Wenn man höhere
Druckspannungen im Nip mit einer zusätzlichen Walze erzeugt, dann
erfordert dies ebenfalls einen höheren
Aufwand.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bahn mit vertretbarem
Aufwand zu satinieren, ohne das Band zu stark zu belasten.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Kalanderanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß mindestens
eines der Umlenkelemente unter Zwischenlage des Bandes am Gegendruckelement anliegt.
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Mit
dieser Ausgestaltung wird das Umlenkelement für zwei Funktionen ausgenutzt.
Zum einen bildet das Umlenkelement eine Stütze beim Umlauf des Bandes,
so daß das
Band über
eine vorbestimmte Länge
am Gegendruckelement anliegen kann. Zum anderen wird das Umlenkelement
aber auch zur direkten Druckerzeugung verwendet. Dort, wo das Umlenkelement
und das Gegendruckelement unter Zwischenlage des Bandes aneinander
anliegen, kann die Materialbahn mit einem höheren Druck beaufschlagt werden.
Da dieser höhere
Druck am Eingang und/oder am Ausgang des Breitnips erzeugt wird,
kann man diesen höheren
Druck vorteilhaft für die
Gestaltung des Satinageprozesses ausnutzen.
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Vorzugsweise
liegt zumindest das einlaufseitige Umlenkelement am Gegendruckelement
an. Damit erhält
die Materialbahn, die in den Nip eintritt, zu Beginn des Satinagevorgangs
einen Druckimpuls. Das Band wird zwischen dem einlaufseitigen Umlenkelement
und dem Gegendruckelement sozusagen eingespannt, so daß es einfacher
ist, in der nachfolgenden Behandlungszone, in der das Band mit dem
Gegendruckelement zusammenwirkt, eine höhere Druckspannung aufrecht
zu erhalten, ohne das Band zu überlasten.
Dementsprechend kann man hier gute Satinageergebnisse erhalten.
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Vorzugsweise
weist das Gegendruckelement im Bereich mindestens eines anliegenden
Umlenkelements eine Druckerzeugungseinrichtung auf. Als Druckerzeugungseinrichtung
kann man beispielsweise eine hydraulische Stützelementanordnung verwenden,
die im Innern des Gegendruckelements angeordnet ist. Damit kann
man beispielsweise einen Durchbiegungsausgleich erreichen und höhere Kräfte im Nip
realisieren. Darüber
hinaus müssen
nicht mehr alle Kräfte über die
Lagerungen aufgebracht werden.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Druckerzeugungseinrichtung quer zur Durchlaufrichtung der Materialbahn
durch den Nip in mehrere einzeln ansteuerbare Zonen unterteilt ist.
Damit läßt sich
in Querrichtung der Bahn ein vorbestimmtes Druckprofil einstellen,
so daß man
den Nip in gewissen Grenzen auch zu einem Querprofilausgleich verwenden
kann.
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Bevorzugterweise
ist mindestens eines der Umlenkelemente temperierbar und das Band
ist wärmeleitend
ausgebildet. Das Umlenkelement kann also über die Umgebungstemperatur
hinaus erwärmt werden
oder unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden. Damit ergibt sich
eine weitere Einflußmöglichkeit
bei der Behandlung der Bahn im Nip. Da das Band wärmeleitend
ausgebildet ist, kann die Materialbahn durch das Band hindurch thermisch
beaufschlagt werden. Wenn das Umlenkelement beispielsweise beheizt
wird, dann wird eine entsprechende Wärme in die Materialbahn eingetragen.
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Vorzugsweise
sind beide Umlenkelemente unterschiedlich temperierbar. Damit läßt sich
bei der Satinage ein Temperaturverlauf über die Behandlungslänge gezielt
einstellen. Man kann also beispielsweise die Temperatur während des
Durchlaufens der Materialbahn durch den Nip ansteigen oder absinken
lassen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß das
einlaufseitige Umlenkelement als Heizeinrichtung und das auslaufseitige
Umlenkelement als Kühleinrichtung
ausgebildet ist. Die Materialbahn wird also beim Eintritt in den
Nip durch das einlaufseitige Umlenkelement erwärmt und beim Austritt aus dem
Nip durch das auslaufseitige Umlenkelement abgekühlt. Dies kann man in vorteilhafter
Weise beispielsweise dazu ausnutzen, mit Hilfe der erhöhten Temperatur
eine bessere Glättung
der Oberfläche
zu erzielen, andererseits aber eine Flash-Verdampfung zu vermeiden,
weil man die Bahn beim oder kurz vor dem Austritt aus dem Nip so
weit abkühlt,
daß die
durch die Beheizung verdampfte Flüssigkeit in der Materialbahn
wieder kondensiert ist.
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Bevorzugterweise
ist die Heizleistung des einlaufseitigen Umlenkelements so auf die
Geschwindigkeit des Bandes und der Materialbahn abgestimmt, daß das Band
nach einer vorbestimmten Länge
des Nips mehr als 75 % der durch die Umlenkeinrichtung zugeführten Wärmemenge
an die Materialbahn abgegeben hat. Die Wärmeaufnahmefähigkeit
der Materialbahn ist bekannt oder kann mit wenigen Versuchen ermittelt
werden. Auch der Wärmeübergang
zwischen dem Band und der Materialbahn ist bekannt oder kann ermittelt
werden. Damit ist es möglich,
die Heizleistung der einlaufseitigen Umlenkeinrichtung so einzustellen,
daß die
eingetragene Wärme
vollständig
oder zumindest fast vollständig
an die Materialbahn übergeben
worden ist. Damit läßt sich
ein energiesparender Betrieb realisieren. Darüber hinaus kann man auf diese
Weise Verhältnisse einstellen,
bei denen man die Materialbahn kurz vor dem Auslauf aus dem Nip
so weit kühlen
kann, daß die
in der Bahn verdampfte Flüssigkeit
wieder kondensiert ist, bevor die Materialbahn aus dem Nip austritt.
Die im Nip erzielte glatte Oberfläche bleibt also glatt und wird
nicht durch den austretenden Dampf wieder aufgerissen.
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Bevorzugterweise
weist das Band einen Metallanteil auf. Es kann auch als Metallband
ausgebildet sein. Die Verwendung eines Metallbandes, beispielsweise
als reines Metallband oder als Verstärkung eines Kunststoffes, hat
den Vorteil, daß man zum
einen eine relativ hohe Fe stigkeit des Bandes erzielen kann, zum
anderen aber auch eine gute Wärmeleitfähigkeit
realisieren kann. Die Wärmeübertragung
zwischen den Umlenkelementen und dem Band wird dadurch verbessert.
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Auch
ist von Vorteil, wenn das Gegendruckelement als Walze ausgebildet
ist und die beiden Umlenkeinrichtungen so angeordnet sind, daß ihre Kontaktstellen
einen Umfangswinkel von maximal 90° an der Walze einschließen. Damit
werden die in die Walze eingeleiteten Kräfte auf einen relativ kleinen
Abschnitt der Walze konzentriert, also auf maximal ein Viertel des
Umfangs. Die Lagerung der Walze kann daraufhin dimensioniert werden.
Die Gefahr einer Ovalisierung der Walze wird klein gehalten.
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Vorzugsweise
weist die Walze eine elastische Oberfläche auf. Insbesondere in Verbindung
mit einem Band aus Metall wird hierdurch ein "weicher" Nip realisiert, also ein Nip, bei dem
eine Begrenzungsfläche
durch eine unnachgiebige und damit "harte" Oberfläche gebildet ist, während die
andere Oberfläche
durch eine "weiche", weil nachgiebige Oberfläche gebildet
ist. Damit ergeben sich ähnliche Verhältnisse
wie in einem Super- oder Soft-Kalander, wenngleich
die Druckspannungen kleiner gehalten werden können.
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Vorzugsweise
weist die Walze eine Heizeinrichtung auf. Damit ist es möglich, zusätzlich zu
der Beheizung durch das Umlenkelement oder alternativ dazu Wärme in die
Materialbahn einzutragen, um den Satinageprozeß zu fördern.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Heizeinrichtung von außen
auf die Umfangsfläche
der Walze wirkt. In diesem Fall kann man die Walze, also das Gegendruckelement,
zum Beheizen der Materialbahn verwenden, ohne daß die Wärme die gesamte Walze durchdringen
muß. Dies
hält einerseits
den Energieaufwand niedrig und vereinfacht andererseits den baulichen
Aufwand für
das Gegendruckelement.
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Vorzugsweise
weist die Walze eine wärmeleitende
Umfangsfläche
auf. Hierfür
gibt es mehrere Möglichkeiten.
Zum einen kann man die Walze als "harte" Walze ausbilden, also mit einer Oberfläche aus
Stahl oder Guß versehen.
Zum anderen kann man einen wärmeleitenden
Kunststoff verwenden. Auch ist es möglich, auf einen wärmeleitenden
oder auch nicht wärmeleitenden
Kunststoff eine dünne Metallschicht
aufzubringen, beispielsweise aufzudampfen. Die Wahl des Bandes richtet
sich dann nach den Gegebenheiten. In jedem Fall kann man aber auch
ein Metallband verwenden.
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Vorzugsweise
weist das Band eine Spanneinrichtung auf. Mit Hilfe der Spanneinrichtung
kann man die Druckspannungen, die durch das Band im Nip erzeugt
werden, beeinflussen.
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Vorzugsweise
sind die Umlenkeinrichtungen als Umlenkrollen ausgebildet. Dadurch
werden Reibungsverluste klein gehalten. Auch wird die Belastung
des Bandes beim Umlenken klein gehalten.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die einzige
Fig. eine schematische Darstellung einer Kalanderanordnung.
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Eine
Kalanderanordnung 1 weist eine Walze 2 auf, die
auf einem hohlzylinderförmigen
Mantel 3 einen elastischen Belag 4 trägt. Die
radialen Dicken von Mantel 3 und Belag 4 sind
hier nicht maßstäblich dargestellt.
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Der
Mantel 3 ist von einem Träger 5 durchsetzt,
der zwei Reihen von Stützelementen 6, 7 trägt. Die
Stützelemente 6, 7 stützen den
Mantel 3 von innen gegen von außen auftretende Belastungen
ab. Sie können
hydrostatisch oder hydrodynamisch geschmiert sein. Die Stützelemente 6, 7 sind
einzeln oder zonenweise ansteuerbar.
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Mit
der Walze 2 wirkt ein Band 8 zusammen, das als
Metallband ausgebildet ist oder zumindest einen größeren Anteil
von Metall enthält.
Das Band 8 hat damit zum einen eine relativ hohe Zugfestigkeit. Zum
anderen ist es in der Lage, Wärme
zu leiten. Das Band 8 ist also wärmeleitend ausgebildet.
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Das
Band 8 liegt über
einen Umfangswinkel von maximal 90° an dem Umfang der Walze 2 an
und bildet dabei einen Nip 9 mit der Walze 2,
der, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, als Breitnip ausgebildet ist.
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Eine
Materialbahn 10 durchläuft
in Richtung eines Pfeiles 11 den Nip 9. Dabei
wird die Materialbahn 10 auf einer Seite von der elastischen
Oberfläche
des Belags 4 der Walze 2 und auf der anderen Seite
von der Oberfläche
des Bandes 8, beispielsweise einer Metalloberfläche und
damit einer harten Oberfläche,
beaufschlagt.
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Das
Band 8 ist über
eine einlaufseitige Umlenkrolle 12 und eine auslaufseitige
Umlenkrolle 13 sowie eine Spannrolle 14 in einem
Umlauf geführt. Die
Spannrolle 14 ist durch einen Antrieb 15 verlagerbar,
um das Band 8 mehr oder weniger stark zu spannen. Die Spannung ist
vor allem in dem Abschnitt von Bedeutung, der zur Satinage der Materialbahn 10 verwendet
wird, also dem Abschnitt zwischen den beiden Umlenkrollen 12, 13.
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Die
Umlenkrolle 12 und die Umlenkrolle 13 sind relativ
zur Walze 2 so angeordnet, daß sie mit der Walze 2 jeweils
einen einlaufseitigen Nip 16 und einen auslaufseitigen
Nip 17 bilden. In beiden Nips 16, 17 wird
die Materialbahn 10 gemeinsam mit dem Band 8 mit
Druck beaufschlagt. Dabei wirken die Stützelemente 6 mit der
einlaufseitigen Umlenkrolle 12 zusammen, um im einlaufseitigen
Nip 16 eine vorbestimmte Druckspannung zu erzeugen. Die
Stützelemente 7 wirken
mit der Umlenkrolle 13 zusammen, um im auslaufseitigen
Nip 17 eine entsprechende Druckspannungsverteilung zu erzeugen.
Die Wirkrichtungen der beiden Stützelementreihen 6, 7 schließen einen
Winkel α ein,
der maximal 90° beträgt, in der
Regel aber kleiner ist. Der Winkel α ist also ein spitzer Winkel.
Damit definieren die beiden Umlenkrollen 12, 13 gemeinsam
mit den Stützelementen 6, 7 auch
den Umschlingungswinkel, über den
das Band 8 mit der Walze 2 zusammenwirkt. Dieser
Umschlingungswinkel entspricht dem Winkel α.
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Die
Umlenkrolle 12 ist mit einer Temperiereinrichtung 18 verbunden,
die beispielsweise als Heizeinrichtung ausgebildet ist und eine
erwärmte
Flüssigkeit
durch Heizkanäle 19 leitet.
Die Heizkanäle 19 können durch
periphere Bohrungen in der Umlenkrolle 12 gebildet sein.
Die erhöhte
Temperatur der Umlenkrolle 12 wird durch das wärmeleitende
Band 8 an die Materialbahn 10 weitergeleitet,
so daß die
Materialbahn 10 erwärmt
wird. Eine höhere
Temperatur ist bekanntlich für
eine Satinage von Vorteil. Die Wärmezufuhr
durch die Temperiereinrichtung 18 kann so groß sein,
daß die
Temperatur der Materialbahn 10 auf über 100°C ansteigt. Dabei verdampft
das in der Materialbahn 10 enthaltene Wasser.
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Die
Umlenkrolle 13 ist mit einer weiteren Temperiereinrichtung 20 verbunden,
die ein Wärmeträgermedium,
beispielsweise kaltes Wasser, durch Kühlkanäle 21 leitet. Auch
die Umlenkrolle 13 kann als peripher gebohrte Walze ausgebildet
sein. Mit Hilfe der Umlenkrolle 13 ist es daher möglich, die
Materialbahn 10 durch den Mantel 8 hindurch vor
dem Verlassen des Nips 9 so weit abzukühlen, daß die in der Materialbahn 10 enthaltene
verdampfte Flüssigkeit
wieder kondensiert. Durch die Kühlung
der Umlenkrolle 13 wird also eine Flash-Verdampfung der Materialbahn 10 vermieden.
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Die
Heizleistung der Umlenkrolle 12 ist so auf die Geschwindigkeit
der Materialbahn 10 und damit auch auf die Umlaufgeschwindigkeit
des Bandes 8 abgestimmt, daß die Wärmeübertragung von dem Band 8 an
die Materialbahn 10 abgeschlossen ist, bevor die Materialbahn 10 in
den Einflußbereich
der gekühlten
Umlenkrolle 13 gelangt. Damit wird vermieden, daß nicht
benutzte Heizleistung verlorengeht, also durch die gekühlte Umlenkrolle 13 wieder abtransportiert
werden muß.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, daß die Walze 2 durch
eine Heizeinrichtung 22, beispielsweise eine induktive
Heizeinrichtung, an ihrer Oberfläche
beheizt wird. Zu diesem Zweck kann die Walze 2 auf ihrem
Umfang mit einer Metallschicht versehen sein oder mit einer anderen
Schicht, in der Wirbelströme
induziert werden können.
Da nur die Oberfläche
der Walze 2 erwärmt
wird, wird die thermische Belastung der Walze 2 im übrigen klein
gehalten. Es sind auch keine größeren Energiemengen
notwendig, um die Walze insgesamt aufzuheizen.
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Mit
der Kalanderanordnung 1 läßt sich die Satinage der Materialbahn 10 in
einer relativ großen Behandlungslänge durchführen. Über das
Band 8 läßt sich
die Materialbahn 10 gezielt aufheizen und ggf. auch abkühlen.
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Natürlich sind
auch andere Betriebsweisen möglich,
bei denen beispielsweise die einlaufseitige Umlenkrolle 12 gekühlt und
die auslaufseitige Umlenkrolle 13 beheizt wird. Auch können beide
Umlenkrollen 12, 13 gekühlt oder beheizt werden.