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Die
vorliegende Erfindung betrifft Papier- und Kartonmaschinen, insbesondere
mit Kalandern. Präziser
ausgedrückt
ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren in einem
Mehrfachwalzenkalander gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Mehrfachwalzenkalander gemäß Oberbegriff
nach Anspruch 7.
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Bei
der Kalandrierung wird im Allgemeinen eine Verbesserung der Eigenschaften,
wie zum Beispiel der Glätte
und des Glanzes eines bahnartigen Materials, wie zum Beispiel einer
Papier- oder Kartonbahn, angestrebt. Die Bahn wird bei der Kalandrierung
in einen zwischen zwei gegeneinander pressenden Walzen gebildeten
Wal zenspalt bzw. Kalandrierungswalzenspalt geführt, in dem die Bahn durch Einwirkung
von Wärme,
Feuchtigkeit und Walzenspaltdruck deformiert wird. Die Walzenspalte
werden im Kalander zwischen einer glattflächigen Andruckwalze, wie zum
Beispiel einer Metallwalze, und einer mit einer elastischen Beschichtung
versehenen Walze, wie zum Beispiel einer Polymerwalze, gebildet. Die
mit einer elastischen Fläche
versehene Walze passt sich an die Oberflächenformen der Bahn an und
presst die Bahngegenseite gleichmäßig gegen die glattflächige Andruckwalze.
In diesem Zusammenhang sind mit Kalanderwalzen die einen Kalandrierungswalzenspalt
bildenden Walzen, mit einer oberen Walze die oberste Walze eines
Walzenstapels, mit einem oberen Walzenspalt der sich zwischen der
oberen Walze und unterhalb der oberen Walze befindlichen Kalanderwalze
bildende oberste Kalandrierungswalzenspalt, mit einer unteren Walze die
unterste Walze eines Walzenstapels und mit einem unteren Walzenspalt
der sich zwischen der unteren Walze und oberhalb der unteren Walze
befindlichen Kalanderwalze bildende unterste Kalandrierungswalzenspalt
gemeint. Mit Zwischenwalzenspalten sind die sich durch Kalanderwalzen
zwischen dem oberen Walzenspalt und unteren Walzenspalt eines Kalanders
bildenden Kalandrierungswalzenspalte gemeint.
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Hinsichtlich
des Standes der Technik wird auf die FI-Patentveröffentlichung 96334 verwiesen,
in der ein Verfahren bei der Kalandrierung von Papier oder einem entsprechenden
Bahnmaterial im Kalander dargestellt ist. Bei dem Verfahren wird
das zu kalandrierende Bahnmaterial von zwischen einer durchbiegungskompensierten
oberen Walze und einer durchbiegungskompensierten unteren Walze
sowie den oberen und unteren Walzen angeordneten zwei oder mehreren
Zwischenwalzen gebildeten Walzenspalten hindurch geführt. Die
Walzen sind charakteristisch als vertikale Walzenstapel angeordnet.
Als Zwischenwalzen werden solche Walzen verwendet, deren durch das
eigene Gewicht hervorgerufene Durchbiegungslinienform wesentlich
gleichartig ist. Die von den Massen der Zwischenwalzen und den mit
diesen verbundenen Hilfsvorrichtungen verursachte Walzenspaltbelastung
wird bei dem Verfahren charakteristisch vollkommen entlastet und
mit einer durchbiegungskompensierten oberen oder unteren Walze und/oder
mit einer auf die obere oder untere Walze gerichteten externen Belastung
eine regulierbare Belastung an den Kalandrierungswalzenspalten bewirkt.
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Bei
einem Mehrfachwalzenkalander wird der Andruck typisch durch Befestigen
der oberen und unteren Walze des Walzenstapels an ihrem Platz und durch
Andrücken
des Walzenstapels gegen die an ihrem Platz befestigte Walze erreicht,
wobei die an ihrem Platz befestigte Walze eine obere Walze, untere Walze
oder irgendeine/irgendwelche der Zwischenwalzen sein können. Alternativ
werden sowohl die obere Walze als auch die untere Walze in der Art
gegeneinander gepresst, dass keine der Zwischenwalzen fest an ihrem
Platz arretiert ist. Die Durchbiegungen der Walzen können im
Allgemeinen mit an den oberen und unteren Walzen befindlichen Durchbiegungskompensierungsvorrichtungen
zum Beispiel in der Weise kompensiert werden, dass die Kalandrierungswalzenspalte
eine gradlinige Form erhalten.
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In
der Kalandrierungstechnik wird in zunehmendem Maße auf eine Online-Kalandrierung übergegangen,
denn die von Papiermaschinen geforderten Betriebsgeschwindigkeiten
steigen an. Eine Online-Kalandrierung mit Mehrfachwalzenspalten
ist eine Kalandrierung in einer Kalandereinheit, bei der die Walzenspalte
alternierend zwischen einer glattflächigen Andruckwalze, wie zum
Beispiel einer Metallwalze, und einer nachfolgenden Walze mit einer
elastischen Beschichtung, wie zum Beispiel einer Polymerwalze, gebildet
wird. Der Liniendruck nimmt bei Kalandern mit Mehrfachwalzenspalten
vom oberen Walzenspalt zum unteren Walzenspalt hin zu, hervorgerufen
durch die Erdanziehungskraft, sofern nicht ein Entlastungssystem
für die
Walzen eingesetzt wird. In den heutigen Kalandern mit Mehrfachwalzenspalten
werden zur Eliminierung des nach unten ansteigenden Liniendrucks,
zur Steuerung der Durchbiegungslinie sowie auch zur Schnellöffnung des Walzenwerks
eine mit einem Zylinder- und Hebelstangenmechanismus verwirklichte,
die Erdanziehungskraft kompensierende Walzenentlastung verwendet.
Ein solches Entlastungssystem für
Walzen wird bei den unter den Warenzeichen OptiLoad und Twinline
bekannten Mehrfachwalzenkalandern des Antragstellers eingesetzt.
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Nach
dem Stand der Technik sind Mehrfachwalzenkalander bekannt, deren
Walzenwerk aus zwei Walzenwerken gebildet wird, bei denen jedes Walzenwerk
mindestens zwei Kalanderwalzen aufweist. Beim Ansteigen der Betriebsgeschwindigkeit von
Papiermaschinen und Zunehmen eines Online-Kalandrierungsbedarfs
ist auch die Möglichkeit zur
Verwirklichung von unterschiedlichen Kalandrierungstypen mit einem
Kalander erforderlich, welche sich zum Beispiel mit einer an sich
bekannten Teilwalzenspalts-Betriebsart verwirklichen lässt, bei
der eine Papierbahn in der Weise durch den Kalander geführt wird,
dass die Bahn während
der Kalandrierung nur in einem Teil der in einem Kalander möglichen
Walzenspalte kalandriert wird.
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Nach
dem Stand der Technik sind verschiedenartige Softkalander bekannt,
in denen eine Bahn im Allgemeinen in zwei aufeinander folgenden
Walzenspalten kalandriert wird. Ein jeder Walzenspalt wird zum Beispiel
von einer mattflächigen
Thermowalze und einer weichen polymerbeschichteten Walze gebildet.
Auch sind solche Softkalander mit zwei Walzenspalten bekannt, in
denen alle Walzen eine Polymerbeschichtung aufweisen.
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Nach
dem Stand der Technik sind auch Konzepte bekannt, welche im Zusammenhang
mit einem Mehrfachwalzenkalan der einen gesonderten Softwalzenspalt
aufweisen, bei dem beide Walzen polymerbeschichtet sind.
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Es
ist ebenfalls bekannt, dass in einem Mehrfachwalzenkalander an Stelle
der untersten Thermowalze eine Polymerwalze eingewechselt wird,
zum Beispiel an Stelle der oberhalb der unteren Walze befindlichen
Kalanderwalze, und dass das Papier nur durch die Walzenspalte der
Polymerwalze geführt
wird. Außerdem
ist ein Mehrfachwalzenkalander bekannt, der dem vorstehend dargestellten Mehrfachwalzenkalander
gleicht und bei dem an Stelle der untersten Thermowalze eine Polymerwalze
eingewechselt wurde und bei dem zusätzlich eine der Walzen in einer
bestimmten Stellung rotierend arretiert wird. Damit wird erreicht,
dass durch die arretierbare Walze ein Teil der Walzenspalte offen
ist und die Bahn nur durch die weichen Walzenspalte der Polymerwalze
gefahren wird.
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Nach
dem Stand der Technik sind so genannte beschichtende All-Online-Papier-
und Kartonmaschinenlinien bekannt, bei denen verschiedenartige Kalanderkonzepte
Anwendung finden, die sowohl die Kalandrierung von glänzenden
als auch mattflächigen
Sorten ermöglichen.
Ein aus Soft- und Mehrfachwalzenkalandern erstelltes Kalanderkonzept
ist aufgrund des verschiedenartigen Walzentyps teuer und erfordert
zudem mehr Hallenraum in Maschinenrichtung als zum Beispiel ein
reiner Mehrfachwalzenkalander. Nur auf Softkalandern basierende Kalanderkonzepte,
welche auch die Herstellung von glänzenden Faserbahntypen ermöglichen,
sind noch teurer und erfordern ebenfalls mehr Hallenraum in Maschinenrichtung
als das vorstehend beschriebene Konzept.
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Ein
Mangel der nach dem Stand der Technik bekannten Kalanderkonzepte
für beschichtende All-Online-Faserbahnlinien besteht
darin, dass das Walzenwerk des Kalanders aufgrund von Beschichtungsstörungen verschmutzt
werden kann, was eine Unterbrechung der Kalandrierung für die Zeit
der Reinigung des Walzenwerks erfordert, was wiederum die Ausnutzung
der gesamten Herstellungslinie für die
Faserbahn herabsetzt.
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Ein
Missstand einiger bekannter Lösungen ergibt
sich dadurch, dass Mehrfachwalzenkalander in einigen Fällen mit
solchen Liniendrücken
betrieben werden, die an den Wälzlagern
der Kalanderwalze eine sehr geringe Belastung verursachen, sogar
eine so genannte Nullbelastung. Das ist hinsichtlich der Wälzlager
sehr problematisch, da bei einer Nullbelastungssituation die Wälzorgane
eines Wälzlagers hinsichtlich
der Lagerkreise anstatt sich zu wälzen in erheblichem Maße gleiten
können,
was zu einer sehr raschen Beschädigung
eines Lagers führt.
Bei einer Nullbelastungssituation eines Wälzlagers ist die Kontaktstelle
der Wälzelemente
eines Wälzlagers
und der Wälzflächen der
Lagerkreise beeinträchtigend unbestimmt
und wechselnd, da die Wälzkreise
des Lagers die Wälzelemente
aus keiner Richtung regelmäßig mit
ausreichender Kraft zwischen sich einpressen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Auftreten
der vorstehend angeführten
Probleme und Mängel
zu verhindern oder zumindest die vorstehend angeführten Missstände zu reduzieren.
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Eine
zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens
und eines Mehrfachwalzenkalanders zur Herstellung einer glänzenden und
einer mattflächigen
Faserbahn.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Eliminierung
der vorstehend genannten Probleme und Mängel oder zumindest in der Reduzierung
der vorstehend angeführten
Beeinträchtigungen.
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Zum
Erreichen der vorstehend dargestellten und später angeführten Ziele ist für ein Verfahren nach
der Erfindung in der Hauptsache charakteristisch, wie es im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 dargestellt ist.
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Für einen
Mehrfachwalzenkalander nach der Erfindung ist in der Hauptsache
wiederum charakteristisch, wie es im Kennzeichnungsteil des Anspruchs
7 dargestellt ist.
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Bei
dem Verfahren nach der Erfindung, das nach einer vorteilhaften Anwendung
an einem Mehrfachwalzenkalander verwendet wird, welcher mindestens
zwei Walzenwerke umfasst und dessen erstes Walzenwerk vorteilhaft
zwei durchbiegungskompensierte Walzen und zwei Thermowalzen aufweist, die
in der Weise positioniert sind, dass diese zwei getrennte harte/weiche
Walzenspalte bilden, in denen die Bahn auf beiden Seiten kalandriert
wird, und dessen zweites Walzenwerk vorteilhaft mindestens drei Walzen
aufweist, bei dem die Zwischenwalze/n eine Zweiwalzenspaltwalze/n
ist/sind und die Bahn auf beiden Seiten kalandriert wird. Bei der
Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Kalandrierung
von glänzenden
Faserbahntypen durch die gleichzeitige Verwendung des ersten und
des zweiten Walzenwerks verwirklicht. Während einer möglichen
Reinigung von Walzenoberflächen
oder während
eines Walzenwechsels ermöglicht
das Verfahren nach der Erfindung das Übergehen von Walzenwerken in
der Weise, dass zur Kalandrierung von matten Qualitäten mindestens
ein Walzenwerk betrieben wird.
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung ist von Vorteil, dass für einen
Einwalzenspaltbetrieb des ersten Walzenwerks die Thermowalzen über den
durchbiegungskompensierten Walzen positioniert sind, wodurch der
Walzendurchmesser nicht zunimmt und das Eigengewicht der Thermowalze
in der Walzenspaltbelastung genutzt werden kann.
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Der
von der durchbiegungskompensierten Walze und der Thermowalze gebildete
Kalandrierungswalzenspalt ist nach einem weiteren vorteilhaften
Merkmalszug in der Vertikalen in einem Winkel positioniert, so dass
eine Nullbelastungssituation des Wälzlagers der Thermowalze vermieden
werden kann.
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die durchbiegungskompensierten Walzen
und die Thermowalzen fest am Körper
abgestützt
sind und das Öffnen
und Schließen
des Kalandrierungswalzenspalts mit einer mantelbelasteten durchbiegungskompensierten
Walze vorgenommen wird.
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Das
Verfahren und der Mehrfachwalzenkalander nach der Erfindung lassen
sich später
in der Weise ändern,
dass der Kalander in einen Kalander mit zwei Walzenwerken umgewandelt
wird, in dem beide Seiten der Bahn getrennt in verschiedenen Walzenwerken
kalandriert werden. Hierbei wird die durchbiegungskompensierte Walze
des ersten Walzenwerks am Oberteil des Kalanderkörpers und die oberste durchbiegungskompensierte
Walze des zweiten Walzenwerks desgleichen am Oberteil des Kalanderkörpers befestigt
wird. In diesem Zusammenhang werden auch am zweiten Walzenwerk Gegenhalteflächen für die Aufhängungen
der Thermowalze und der Polymerwalze in einer für den Fachmann an sich bekannten
Art und Weise angebaut. Außerdem
wird eine Polymerwalze vom zweiten Walzenwerk in das erste Walzenwerk
versetzt, wodurch in beiden Walzenwerken die gleiche Anzahl von
Walzen mit einem vorhandenen Walzenumfang enthalten ist (in erster
Linie mit der Anzahl der gelieferten Walzen, so dass im Zusammenhang
mit der Änderung
keine zusätzlichen
Walzen benötigt
werden).
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Mit
der Erfindung wird ein deutlicher Vorteil in Bezug auf die von früher her
bekannten Lösungen
erreicht, von diesen Vorteilen lassen sich unter anderem folgende
nennen. Durch die Erfindung steigt der Ausnutzungsgrad der Faserbahnmaschinenlinie
an, da während
Beschichtungsstörungen
oder eines Walzenwechsels durch Übergehen
des ersten oder zweiten Walzenwerks eine auf beiden Seiten kalandrierte
matte Bahn produziert werden kann. Glänzende Bahntypen werden unter
Verwendung beider Walzenwerke hergestellt. Mittels der vorteilhaften
Walzenregulierung des ersten Walzenwerks nach der Erfindung ist
es beim Einwalzenspaltbetrieb möglich, die
für einen
Zweiwalzenspaltbetrieb bemessenen Walzen des zweiten Walzenwerks
zu nutzen und eine vorgegebene Linienbelastung von 100 kN/m der einseitigen
Belastung zu erreichen. (Anders ausgedrückt, bei der einseitigen Linienbelastung
setzt ein Einwalzenspaltbetrieb einen größeren Durchmesser der Walze
als eine für
den Zweiwalzenspaltbetrieb bemessene Walze voraus. Beim Einwalzenspaltbetrieb
fehlt eine Stütze
für die
Gegenrichtung des Walzenspalts, weshalb die Walze bei der gleichen
Linienbelastung steifer sein muss, was einen größeren Durchmesser voraussetzt
und damit höhere
Kosten verursacht.) Die Investitionskosten eines Kalanders nach
der Erfindung sind deutlich niedriger als die der vom Stand der
Technik her bekannten Kalanderkonzepte, da die Anzahl der Reservewalzen
niedriger ist und die Walzendurchmesser kleiner sind, weil nur für einen
Zweiwalzenspaltbetrieb bemessene Walzen mit kleinerem Durchmesser
verwendet werden können
und weil weniger Reservewalzen benötigt werden, was darauf beruht,
dass nur ein einziger Walzendurchmesser verwendet wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Grundprinzipszeichnungen
erläutert,
mit denen ein Verfahren und ein Mehrfachwalzenkalander nach der
Erfindung veranschaulicht sind, ohne jedoch die Erfindung ausschließlich auf das
in der Figur Dargestellte zu beschränken.
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In
der Figur ist schematisch eine Anwendung eines Kalanders nach der
Erfindung dargestellt.
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Die
Figur stellt schematisch einen Mehrfachwalzenkalander 100 dar,
der zwei Walzenwerke 10, 20 aufweist. Eine im
Mehrfachwalzenkalander zu kalandrierende Faserbahn ist mit der Bezugsbezeichnung
W gekennzeichnet. Der Mehrwachwalzenkalanderkörper ist in der Figur mit der
Bezugsnummer 30 gekennzeichnet.
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Ein
erstes Walzenwerk 10 weist zwei durchbiegungskompensierte
Walzen 12, 14 und zwei Thermowalzen 11, 13 auf,
welche in der Weise positioniert sind, dass diese zwei getrennte
harte/weiche Walzenspalte N11, N12 bilden, in denen eine Bahn W
auf beiden Seiten kalandriert wird. Der von der durchbiegungskompensierten
Walze 12, 14 und der Thermowalze 11, 13 gebildete
Kalandrierungswalzenspalt N11, N12 ist in der Vertikalen im Winkel α positioniert, damit
eine Nullbelastungssituation des Wälzlagers für die Thermowalze 11, 13 vermieden
werden kann. Der Winkel α beträgt 5–30°, am geeignetesten 10–25°.
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Ein
zweites Walzenwerk 20 weist eine obere Walze 21 und
eine untere Walze 26 sowie vier zwischen der oberen und
unteren Walze angeordnete Zwischenwalzen 22, 23, 24,
und 25 auf, wobei die obere Walze, untere Walze und die
Zwischenwalzen das einheitliche zweite Walzenwerk 20 bilden,
welches die Kalanderwalzen 21–26 umfasst. Die Zwischenwalzen
sind Walzen mit zwei Walzenspalten, wobei diese sowohl mit der oberhalb
als auch unterhalb befindlichen Walze einen Kalandrierungswalzenspalt
bilden. In der Anwendung nach der Erfindung sind die obere Walze 21 und
die untere Walze 26 durchbiegungskompensierte Walzen. Von
den Zwischenwalzen stellen die oberste und die unterste Walze 22, 25 Thermowalzen
dar und die mittleren Zwischenwalzen 23, 24 sind
Polymerwalzen. Im zweiten Walzenwerk 20 wird die Bahn W
auf beiden Seiten kalandriert. Die ne beneinander liegenden Kalanderwalzen 11, 12; 12, 13; 13, 14; 14, 15 und 15, 16 des
zweiten Walzenwerks bilden Kalanderwalzenpaare, wodurch die Kalanderwalzen
jeweils einen die Faserbahn kalandrierenden Walzenspalt N1, N2,
N3, N4 und N5 zwischen sich bilden können. In diesem Zusammenhang
ist das zweite Walzenwerk 20 eines Kalanders nach der Erfindung
als Beispiel für
ein Walzenwerk mit sechs Walzen und fünf Walzenspalten beschrieben,
doch kann genauso gut auch eine andere Anzahl von Walzen und Walzenspalten
im Walzenwerk in Frage kommen, allerdings in der Weise, dass das
zweite Walzenwerk mindestens drei Walzen aufweist.
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Bei
der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Kalandrierung
von glänzenden
Faserbahntypen unter gleichzeitiger Verwendung eines ersten und
zweiten Walzenwerks 10, 20 verwirklicht und der
Verlauf der Bahn W ist in der Figur mit einer durchgehenden Linie
gekennzeichnet. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht ein
Umgehen der Walzen 10; 20 in der Weise, dass für das Kalandrieren
von matten Qualitäten
nur das zweite Walzenwerk 10; 20 in Betrieb ist.
In der Figur wird der Verlauf der Bahn W bei der Situation, in der
das erste Walzenwerk 10 umgangen wird, mit einer gestrichelten Linie
W1 dargestellt. In der Figur wird der Verlauf der Bahn bei der Situation,
in der das zweite Walzenwerk 20 umgangen wird, mit einer
gestrichelten Linie W2 dargestellt.
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Wie
aus der Figur hervorgeht, sind die Thermowalzen 11, 13 des
ersten Walzenwerks über
den durchbiegungskompensierten Walzen 12, 14 positioniert,
was die Verwendung des ersten Walzenwerks 10 auch bei einem
Einwalzenspaltbetrieb ermöglicht. Hierdurch
nimmt auch der Walzendurchmesser nicht zu und das Eigengewicht der
Thermowalze lässt
sich bei der Walzenspaltbelastung nutzen.
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Der
in der Figur dargestellte Mehrfachwalzenkalander lässt sich
später
aufgrund eines weiteren Merkmalszuges nach der Erfindung in der
Weise ändern,
dass der Kalander in einen Kalander mit zwei Walzenwerken umgewandelt
wird, in dem beide Seiten der Bahn getrennt in verschiedenen Walzenwerken
kalandriert werden. Hierbei wird die durchbiegungskompensierte Walze
des ersten Walzenwerks am Oberteil des Kalanderkörpers und die oberste durchbiegungskompensierte
Walze des zweiten Walzenwerks desgleichen am Oberteil des Körpers befestigt.
In diesem Zusammenhang werden auch am zweiten Walzenwerk Gegenhalteflächen für die Aufhängungen
der Thermowalze und der Polymerwalze in einer für den Fachmann an sich bekannten
Art und Weise angebaut. Außerdem
wird eine Polymerwalze aus dem zweiten Walzenwerk in das erste Walzenwerk
versetzt, wodurch in beiden Walzenwerken die gleiche Anzahl von
Walzen vorhanden ist.
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Die
Erfindung ist vorstehend als Beispiel unter Bezug auf die Figur
in der beigefügten
Zeichnung erläutert.
Die Erfindung ist jedoch nicht alleinig auf das in der Erläuterung
und in der Figur Dargestellte beschränkt, sondern die verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung können
im Rahmen der in den beiliegenden Patentansprüchen bestimmten erfinderischen
Idee variieren.