DE102007041932A1 - Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn - Google Patents

Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn Download PDF

Info

Publication number
DE102007041932A1
DE102007041932A1 DE200710041932 DE102007041932A DE102007041932A1 DE 102007041932 A1 DE102007041932 A1 DE 102007041932A1 DE 200710041932 DE200710041932 DE 200710041932 DE 102007041932 A DE102007041932 A DE 102007041932A DE 102007041932 A1 DE102007041932 A1 DE 102007041932A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
calendering device
nip
web
jacket
generating unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200710041932
Other languages
English (en)
Inventor
Jochen Dr. Niemann
Lars KRÜGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Priority to DE200710041932 priority Critical patent/DE102007041932A1/de
Publication of DE102007041932A1 publication Critical patent/DE102007041932A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/0066Calenders; Smoothing apparatus using a special calendering belt

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kalandriervorrichtung, die einen umlaufenden Mantel und ein Gegendruckelement aufweist, zwischen denen ein Nip ausgebildet ist, durch den eine Materialbahn führbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn in einer derartigen Kalandriervorrichtung. Um ein gutes Kalandrierergebnis auch bei geringer Druckbelastung der Materialbahn zu erzielen, ist eine Ultraschallerzeugungseinheit an einem ortsfesten Träger angeordnet, die mit der Innenseite des Mantels im Bereich des Nips in Wirkverbindung steht, so dass der Mantel im Bereich des Nips zu Schwingungen angeregt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kalandriervorrichtung, die einen umlaufenden Mantel mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist, wobei zwischen dem Mantel und einem Gegendruckelement ein Nip mit einer Pressrichtung ausgebildet ist, durch den eine Materialbahn führbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn, wobei eine Materialbahn durch einen Nip eines Kalanders geführt wird, wobei der Nip durch ein umlaufendes oder rotierendes Element und ein Gegendruckelement gebildet wird.
  • Kalandriervorrichtungen werden dafür verwendet, die Oberflächen von Materialbahnen zu beeinflussen und insbesondere zu glätten. Eine Materialbahn ist z. B. eine Papier- oder Kartonbahn.
  • Zur Erzeugung einer möglichst glatten Oberfläche einer Materialbahn wird diese im Nip eines Kalanders mit Druck beaufschlagt, der in Pressrichtung auf die Materialbahn wirkt. Die Pressrichtung verläuft dabei in der Regel senkrecht zur Oberfläche der Materialbahn. Das Glättergebnis wird dabei unter anderem durch den anliegenden Pressdruck, die Temperatur und die Feuchte der Materialbahn beeinflusst. Auch die Breite in Bahnlaufrichtung des Nips hat Einfluss auf das Glättergebnis. Eine Verstellung dieser Parameter ist jedoch nur in gewissen Grenzen möglich.
  • So wird beispielsweise durch Erhöhung des Drucks im Nip ein besseres Glättergebnis erzielt. Dies führt aber gleichzeitig dazu, dass das Volumen der Materialbahn abnimmt. Um eine Materialbahn mit entsprechendem Volumen zu erhalten, ist dann mehr Material erforderlich, was das Gewicht der Materialbahn erhöht und zusätzliche Kosten verursacht.
  • Bei sogenannten Friktionskalandern wird das Prinzip der Friktionsglättung zur Verbesserung des Glättergebnisses verwendet. Dabei werden beispielsweise die zwei Walzen des Kalanders, die zwischen sich einen Nip ausbilden, mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben. Dies führt zu einer Friktion zwischen der Oberfläche der Materialbahn und der Oberfläche zumindest einer der Walzen, was eine Glättung der Oberfläche der Materialbahn bewirkt. Dadurch werden jedoch auch Spannungen in die Materialbahn eingebracht, die dazu führen, dass die Materialbahn nur mit relativ geringen Geschwindigkeiten bewegt werden kann.
  • Aus US 3,908,808 ist eine Kalandriervorrichtung bekannt, die zwei Walzen aufweist, wobei innerhalb einer Walze eine mit der Walze rotierende Ultraschallerzeu gungseinheit angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Ultraschallerzeugungseinheit soll die gesamte Walze in Rotationsschwingungen versetzt werden. Diese überlagern dann die Umfangsgeschwindigkeit der Walze und führen so zur Friktion zwischen der Oberfläche der Walze und der Oberfläche der Materialbahn. In einem Ausführungsbeispiel wird dabei die Walze nur oder zusätzlich auch in Axialrichtung in Schwingungen versetzt. Eine technische Umsetzung dieser Erfindung ist allerdings nicht bekannt. Ingesamt ist es derzeit kaum möglich, ganze Walzen einer Kalandriervorrichtung, die eine große Masse aufweisen, in Schwingungen im Ultraschallbereich zu versetzen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein gutes Kalandrierergebnis bei geringer Druckbelastung der Materialbahn zu erhalten.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nun bei einer Kalandriervorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens eine Ultraschallerzeugungseinheit an mindestens einem ortsfesten Träger angeordnet ist, die mit der Innenseite des Mantels im Bereich des Nips in Wirkverbindung steht.
  • Diese Ausbildung hat mehrere Vorteile. Durch die Anordnung der Ultraschallerzeugungseinheit an einem ortsfesten Träger ist die Energieversorgung der Ultraschallerzeugungseinheit unproblematisch. Die Position der Ultraschallerzeugungseinheit in Bezug zum Nip ist dabei konstant. Der Mantel läuft beispielsweise um die Ultra schallerzeugungseinheit und den ortsfesten Träger herum. Da die Ultraschallerzeugungseinheit im Bereich des Nips in Wirkverbindung mit der Innenseite des Mantels steht, reicht es aus, nur einen relativ kleinen Bereich des Mantels, nämlich den Bereich, der den Nip bildet, in Schwingungen zu versetzen. Dafür reichen bereits relativ kleine Kräfte aus. Der Leistungsbedarf der Ultraschallerzeugungseinheit ist daher nicht übermäßig groß.
  • Vorzugsweise weist die Ultraschallerzeugungseinheit mindestens eine Sonotrode und mindestens einen Konverter auf. Eine Sonotrode ist eine mechanische Komponente, die die vom Konverter erzeugten Schwingungen weiterleitet. Die Schwingungen werden dabei durch den Konverter erzeugt.
  • Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Konverter als piezoelektrischer Konverter ausgebildet ist, durch den Schwingungen in oder quer zur Pressrichtung erzeugbar sind. Mit einem piezoelektrischen Konverter ist es ohne weiteres möglich, Schwingungen im Ultraschallbereich zu erzeugen. Dabei sind durch den piezoelektrischen Konverter auch relativ große Stellkräfte möglich. Werden dabei Schwingungen in Pressrichtung erzeugt, können dadurch beispielsweise Unregelmäßigkeiten in der Materialbahn ausgeglichen werden. Schwingungen quer zur Pressrichtung bewirken eine möglichst große Friktion zwischen dem Mantel und der Oberfläche der Materialbahn. Dies ist zur Verbesserung des Glättergebnisses besonders gewünscht.
  • Bevorzugterweise ist zwischen Mantel und Ultraschallerzeugungseinheit ein Schmiermedium angeordnet. Dadurch wird der Verschleiß zwischen dem Mantel und der Sonotronoberfläche verringert. Das Schmiermedium wird dabei durch geeignete Maßnahmen über die gesamte Breite des Mantels verteilt. Als Schmiermedium kann z. B. Wasser, Öl, Hydraulikflüssigkeit, rheologische Flüssigkeit, Silikonöl, Thermalöl, Dampf, Gel und ähnliches verwendet werden. Dabei kann das Schmiermedium auch zur Kühlung der Sonotrode dienen. Durch das Schmiermedium erfolgt gleichzeitig eine Dämpfung der eingebrachten Schwingungsenergie, was sich vorteilhaft auf eine gleichmäßige Verteilung der Ultraschallschwingungen im Nip auswirkt. Lokale Unregelmäßigkeiten, die zu einer unerwünschten Erwärmung führen können, werden so vermieden. Durch das Schmiermedium wird das Glättergebnis also weiter verbessert.
  • Vorzugsweise ist die Sonotrode relativ zum Mantel justierbar. Die Spalthöhe zwischen der Sonotrode und der Innenseite des Mantels soll möglichst konstant sein. Durch die im Betrieb erzeugte Wärme kann sich beispielsweise die Länge der Sonotrode verändern, was zu einer Änderung der Spalthöhe führen würde, wenn die Sonotrode nicht relativ zum Mantel justierbar wäre. Wird die Spalthöhe zu gering, kann dies im schlimmsten Fall zu einer Beschädigung des umlaufenden oder rotierenden Mantels führen. In der Regel ergibt sich auch eine Verschlechterung des Glättergebnisses. Auch bei einer zu großen Spalthöhe wird nur noch ein unzureichendes Glättergebnis erzielt. Zur Messung der Spalthöhe, also des Abstands der Sonotrode zur Innenseite des Mantels, kann z. B. über Kraftsensoren wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen die Anpresskraft der ausgelenkten Sonotrode ermittelt werden und damit die Spalthöhe bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Abstand der Sonotrode über Wirbelstromaufnehmer im Metallband zu messen. Die Spalthöhe kann beispielsweise mit Hilfe von hydraulischen, elektrischen, magnetischen oder Piezo-aktorischen Aktoren beeinflusst werden.
  • Bevorzugterweise sind mehrere Ultraschallerzeugungseinheiten in Richtung einer Rotationsachse nebeneinander angeordnet, um die der Mantel umläuft. Die Rotationsachse kann eine fiktive Achse sein. Sind nun mehrere Ultraschalleinheiten in Richtung der Rotationsachse nebeneinander angeordnet, also in Querrichtung der Materialbahn, kann eine homogene Schwingung über die gesamte Breite des Mantels bzw. der Materialbahn erzeugt werden. Es ist auch denkbar, dass mit Hilfe der Ultraschallerzeugungseinheiten eine Querprofilierung der Materialbahn erfolgt. Dafür können beispielsweise die Sonotroden der Ultraschallerzeugungseinheiten mit unterschiedlichem Abstand zum Mantel justiert werden. Die Profilierung kann dann beispielsweise mit einer in Bahnlaufrichtung nach dem Nip angeordneten Messvorrichtung erfasst und in einer Regeleinrichtung verarbeitet werden, wobei insbesondere die Parameter Glanz, Glätte und Dicke der Materialbahn interessant sind.
  • Bevorzugterweise weist die Kalandriervorrichtung quer zur Rotationsachse versetzte Ultraschallerzeugungsein heiten auf. Die Ultraschallerzeugungseinheiten sind also auch in Bahnlaufrichtung gegeneinander versetzt. Dadurch ist es möglich, einen größeren Bereich des Mantels zu Schwingungen anzuregen. Insbesondere bei breiten Nips ist es sonst nicht möglich, den Mantel im gesamten Bereich des Nips zu Schwingungen anzuregen. Durch die quer zur Rotationsachse versetzten Ultraschallerzeugungseinheiten wird somit das Glättergebnis verbessert.
  • Bevorzugterweise sind in Pressrichtung schwingbare Ultraschallerzeugungseinrichtungen benachbart zu quer zur Pressrichtung schwingbaren Ultraschallerzeugungseinheiten angeordnet. Schwingungen können so sowohl in Pressrichtung als auch quer zur Pressrichtung in den Mantel eingebracht werden, wobei der Abstand zwischen jeweils in gleiche Richtung schwingenden Ultraschallerzeugungseinheiten relativ gering bleibt, so dass sich eine gleichmäßige Schwingungsverteilung ergibt.
  • Bevorzugterweise weisen die Ultraschallerzeugungseinheiten eine Schwingfrequenz auf, die im Bereich von 10 kHz bis 300 MHz, insbesondere von 20 kHz bis 30 MHz liegt. Eine derartige Schwingfrequenz ist mit herkömmlichen Mitteln zu realisieren, wobei durch eine höhere Schwingfrequenz prinzipiell ein gleichmäßigeres Glättergebnis erzeugt und/oder die Bahnlaufgeschwindigkeit erhöht werden kann.
  • Vorzugsweise weisen die Ultraschallerzeugungseinheiten eine Schwingungsamplitude von 5 bis 500 μm, insbesonde re von 20 bis 200 μm auf. Die Schwingungsamplituden sind also relativ gering. Daher ist auch der Energiebedarf der Ultraschallerzeugungseinheiten relativ klein.
  • Vorzugsweise ist der umlaufende Mantel über einstellbare Leitwalzen geführt. Durch die einstellbaren Leitwalzen kann beispielsweise die Spannung des umlaufenden Mantels verändert werden. Durch eine Veränderung des Winkels der Rotationsachse der Leitwalzen zur Rotationsachse des Mantels, also einer Schrägverstellung der Leitwalzen, kann der Lauf des Mantels eingestellt werden. Es ist auch günstig, wenn die Leitwalzen bombiert sind, also eine Balligkeit aufweisen.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Leitwalzen mit einer periodisch veränderlichen Geschwindigkeit mit einer Frequenz von 100 bis 1.000 Hz antreibbar. Der gesamte Mantel wird so in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen überlagern dabei die eingestellte Umdrehungsgeschwindigkeit des Mantels, die der Bahnlaufgeschwindigkeit der Materialbahn entspricht. Es entsteht also eine periodische Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Geschwindigkeit des Mantels und der Geschwindigkeit der Materialbahn, die zur Friktion und damit zur Glättung der Oberfläche der Materialbahn führt.
  • Bevorzugterweise weist jede Ultraschallerzeugungseinheit einen Ultraschallgenerator auf. Jede Ultraschallerzeugungseinheit kann so individuell angesteuert und mit genau abgestimmten Frequenzen betrieben werden. Da durch ist eine variable Profilierung der Materialbahn möglich.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist den Ultraschallerzeugungseinheiten ein gemeinsamer Ultraschallgenerator zugeordnet. Dies ist zum einen kostengünstiger. Zum anderen wird so sichergestellt, dass alle Ultraschallerzeugungseinheiten mit der gleichen Schwingfrequenz angesteuert werden.
  • Bevorzugterweise ist die Sonotrode an ihrer dem Mantel zugewandten Stirnseite profiliert, insbesondere konvex oder konkav ausgebildet. Über die Profilierung der Stirnseite der Sonotrode kann die Richtung der von der Sonotrode ausgehenden Ultraschallschwingungen beeinflusst werden. So ist es beispielsweise möglich, die durch die Schwingungen übertragene Energie auf einen Punkt zu konzentrieren. Der Bereich des Mantels, der zu Schwingungen angeregt wird, wird also auch durch die Ausgestaltung der Stirnseite der Sonotrode bestimmt. In der Regel ist dieser Bereich größer als der Kontaktbereich zwischen Mantel und Sonotrode.
  • Bevorzugterweise ist die Sonotrode an der dem Mantel zugewandten Stirnseite mit einer hydrostatischen Schmierung versehen. Dadurch wird der Verschleiß zwischen Sonotrode und Mantel verringert. Eine hydrostatische Schmierung hat dabei den Vorteil, dass keine zusätzlichen Abdichtungen vorgesehen werden müssen.
  • Vorzugsweise sind die Sonotroden schwenkbar angeordnet. Der Winkel, mit dem die Sonotroden zum Mantel und damit auch zum Gegendruckelement stehen, kann so variiert werden.
  • Vorzugsweise sind die Sonotroden geteilt. Dadurch können die Ultraschallschwingungen, die vom Konverter auf die Sonotroden übertragen werden, in einem größeren Bereich auf den Mantel übertragen werden. Der zu Schwingungen angeregte Bereich des Mantels wird damit vergrößert und so ein besseres Glättergebnis erzielt.
  • Vorzugsweise sind die Sonotroden temperierbar. Die Sonotroden können beispielsweise mit induktiven oder elektrischen Heizelementen ausgerüstet sein, oder auch Kühlelemente aufweisen. Dadurch kann eine Ausdehnung der Sonotroden aufgrund unterschiedlicher Temperaturen verhindert werden.
  • Bevorzugterweise weist jede Ultraschallerzeugungseinheit zwei Sonotroden auf, die in einem flachen Winkel zueinander angeordnet sind. Zwischen den Sonotroden und dem Mantel lässt sich so eine stehende Welle erzeugen. Werden die Sonotroden dabei mit einer leicht unterschiedlichen Frequenz angeregt, entsteht eine Schwebung der stehenden Welle. Dadurch wird der Mantel über einen relativ großen Bereich gleichförmig angeregt.
  • Vorzugsweise sind die Sonotroden als Rollsonotroden mit je einer Sonotrodenwalze ausgebildet, wobei die Sonotrodenwalzen einen Durchmesser aufweisen, der ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der Erregerschwingung beträgt. Eine Rollsonotrode kann direkt auf den Mantel wirken, wobei der Verschleiß sehr gering ist.
  • Vorzugsweise ist der Mantel temperierbar. Über die Einstellung der Temperatur des Mantels kann die Temperatur der Materialbahn im Nip beeinflusst werden. Die Materialbahn sollte im Bereich des Nips eine Temperatur von etwa 40 bis 90°C aufweisen. Dies kann durch die Temperierung des Mantels sichergestellt werden. Dabei kann die Beheizung des Mantels beispielsweise von außen durch Infrarotstrahler, induktive Beheizungen und ähnlichem erfolgen. Auch eine zonenweise Ansteuerung der Heizung für den Mantel ist möglich, beispielsweise bei einer induktiven Heizung. Dadurch kann ein gewünschtes Temperaturprofil des Mantels eingestellt werden und damit eine Profilierung der Materialbahn erzeugt werden. Die Temperierung des Mantels führt insgesamt zu einem verbesserten und reproduzierbaren Glättergebnis.
  • Bevorzugterweise weist die Kalandriervorrichtung eine Reinigungsvorrichtung für den Mantel auf. Die Reinigungsvorrichtung kann beispielsweise als Schaber ausgebildet sein oder Trockeneis, Ultraschall oder eine Reinigungsbürste aufweisen. Verunreinigungen des Mantels, die zu einem verschlechterten Glättergebnis führen würden, werden so zuverlässig entfernt.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zumindest das umlau fende oder rotierende Element im Bereich des Nips an mindestens einer Ultraschallerzeugungseinheit vorbeigeführt wird.
  • Dadurch wird das umlaufende oder rotierende Element im Bereich des Nips zu Schwingungen angeregt, die zu einer Differenzgeschwindigkeit zwischen dem umlaufenden oder rotierenden Element und der Materialbahn führen. Ein rotierendes Element ist beispielsweise eine Walze. Ein umlaufendes Element ist beispielsweise ein Band, das durch mehrere Leitwalzen umlaufend geführt wird. Da das umlaufende oder rotierende Element an der Ultraschallerzeugungseinheit vorbeigeführt wird, kann diese ortsfest befestigt werden, so dass eine einfache Energieversorgung der Ultraschallerzeugungseinheit erfolgen kann. Gleichzeitig erfolgt eine Schwingungsanregung des umlaufenden oder rotierenden Elements durch die Ultraschallerzeugungseinheit nur im Bereich des Nips, also in einem abgegrenzten Bereich, der im Wesentlichen dem Bereich entspricht, in dem das umlaufende oder rotierende Element mit der Materialbahn in Kontakt ist. Es ist daher nicht notwendig, das gesamte umlaufende oder rotierende Element in Schwingungen zu versetzen. Der Energiebedarf zur Erzeugung der Schwingungen ist daher relativ gering. Durch die Schwingungen wird eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Materialbahn und dem umlaufenden oder rotierenden Element erzeugt, was zu einer Friktion und damit zu einem verbesserten Glättergebnis führt.
  • Vorzugsweise überträgt die Ultraschallerzeugungseinheit Schwingungen mit einer Amplitude von 5 bis 150 μm bei einer Frequenz von mindestens 18 kHz auf das umlaufende oder rotierende Element. Durch die relativ hohe Frequenz von mindestens 18 kHz wird ein gleichmäßiges Glättergebnis erzielt. Die Amplitude der Schwingungen ist dabei relativ gering, so dass durch die Ultraschallerzeugungseinheiten nur geringe Stellkräfte übertragen werden müssen.
  • Bevorzugterweise weist das umlaufende oder rotierende Element ein Metallband oder einen Metallmantel auf, der auf 20 bis 300°C, insbesondere auf 60 bis 200°C erwärmt wird. Ein Metallband oder Metallmantel ist ein guter Schwingungsüberträger. Die von der Ultraschallerzeugungseinheit erzeugten Schwingungen werden so nur mit geringen Verlusten übertragen. Durch die Erwärmung des Metallbands bzw. Metallmantels wird das Glättergebnis zusätzlich verbessert.
  • Vorzugsweise wird das Gegendruckelement auf 70 bis 350°C erwärmt. Dadurch wird die Materialbahn auch auf der vom umlaufenden oder rotierenden Element abgewandten Seite erwärmt. Dadurch ergibt sich eine homogenere Temperaturverteilung in der Materialbahn und damit ein homogeneres Endergebnis.
  • Vorzugsweise wird im Nip ein Druckspannung im Bereich von 0,1 bis 200 MPa eingestellt. Eine derartige Druckspannung führt zu einer guten Glättung der Oberfläche der Materialbahn ohne das Volumen der Materialbahn in unzulässiger Weise zu verringern.
  • Bevorzugterweise regt die Ultraschallerzeugungseinheit das umlaufende oder rotierende Element in einer Prozesszone zu Schwingungen an, wobei die Geschwindigkeit der Materialbahn so abgestimmt wird, dass die Materialbahn in der Prozesszone 1 ms bis 50 ms verweilt. Die Prozesszone liegt dabei im Bereich des Nips. Durch die Abstimmung der Geschwindigkeit der Materialbahn unter Berücksichtigung der Verweildauer der Materialbahn in der Prozesszone wird sichergestellt, dass die durch die Ultraschallerzeugungseinheit eingebrachten Schwingungen auch wirksam werden können. Eine längere Verweilzeit führt dabei in der Regel zu einem besseren Glättergebnis.
  • Vorzugsweise wird das Metallband über Leitwalzen geführt, wobei ein Umschlingungswinkel des Metallbands mit dem Gegendruckelement mit den Leitwalzen eingestellt wird. Der Umschlingungswinkel bestimmt dabei die Länge des Nips und so auch die Länge der möglichen Prozesszone. Dabei kann über die Verstellung der Leitwalzen auch die Druckspannung im Nip beeinflusst werden. Durch eine Winkelverstellung der Leitwalzen kann auch eine Korrektur des Bahnlaufs des Metallbands erfolgen. Zur Einstellung der Leitwalzen kann ein aktives System vorgesehen sein, das beispielsweise hydraulische, elektromagnetische oder piezoelektrische Aktoren aufweist. Vor und/oder nach dem Nip können auch Zugmessdo sen angeordnet werden, um den Lauf des Metallbandes zu kontrollieren.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
  • 1 eine Kalandriervorrichtung einer ersten Ausführungsform und
  • 2 eine Kalandriervorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
  • Die Darstellungen in den Figuren sind rein schematisch. In 1 ist eine Kalandriervorrichtung 1 dargestellt, die einen umlaufenden Mantel 2 mit einer Innenseite 3 und einer Außenseite 4 aufweist. Ferner weist die Kalandriervorrichtung 1 ein Gegendruckelement 5 auf, das als Walze ausgebildet ist. Das Gegendruckelement 5 kann auch eine Heizwalze sein. Der Mantel 2 und das Gegendruckelement 5 bilden einen Nip 6, durch den eine faserförmige Materialbahn 7 geführt ist. Die Bewegungsrichtung der Materialbahn 7 ist durch einen Pfeil 8 gekennzeichnet. Im Nip 6 wird die Materialbahn 7 mit Druck beaufschlagt, wobei die Druckbeaufschlagung in Pressrichtung 9 erfolgt.
  • Der Mantel 2 ist beispielsweise als Metallband ausgebildet. Er kann aber auch aus einem Kompositwerkstoff hergestellt sein, wobei zumindest der Teil des Mantels aus Metall sein sollte, der mit der Materialbahn 7 in Kontakt kommt. Es ist auch denkbar, den Mantel aus mehreren Schichten herzustellen, wobei beispielsweise die innerste und die äußerste Schicht aus Metall sind und dazwischen eine Schicht zur Schwingungsübertragung angeordnet ist.
  • Der Mantel 2 wird über Leitwalzen 10 umlaufend geführt, wobei in dem vom Mantel 2 umgebenen Raum ein Träger 11 angeordnet ist, an dem eine Ultraschallerzeugungseinheit 12 befestigt ist. Die Ultraschallerzeugungseinheit 12 weist einen Konverter 13 und eine Sonotrode 14 auf, wobei die Sonotrode 14 zwischen Konverter 13 und Mantel 2 angeordnet ist. Zwischen Sonotrode 14 und Mantel 2 befindet sich ein Schmiermedium 15.
  • Die Bewegungsrichtung des Mantels 2 wird durch einen Pfeil 15 gekennzeichnet. An der Innenseite 3 des Mantels 2 ist in Bewegungsrichtung des Mantels 2 hinter der Sonotrode 14 eine Ölabsaugvorrichtung 16 vorgesehen. An der Außenseite 4 des Mantels 2 ist eine Reinigungsvorrichtung 17 angeordnet. Diese ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Schaber ausgebildet. In Bewegungsrichtung des Mantels 2 vor dem Nip 6 ist eine Heizvorrichtung 18 vorgesehen, die den Mantel 2 induktiv erwärmt.
  • Eine fiktive Rotationsachse des Mantels 2 ist senkrecht zur Zeichenebene und dabei im Wesentlichen parallel zur axialen Erstreckung der Leitwalzen 10. Diese können einstellbar ausgebildet sein, wobei durch eine Schrägstellung der Leitwalzen 10, also durch einen Winkelver satz in Bezug zur Rotationsachse des Mantels 2, eine Beeinflussung des Bahnlaufs erfolgen kann. Der Mantel 2 in 1 stellt ein umlaufendes Element dar. Zwischen der Sonotrode 14 und der Innenseite 3 des Mantels 2 bildet sich eine Prozesszone 19 aus.
  • In 2 wird durch den umlaufenden Mantel 2 ein rotierendes Element gebildet. Der Träger 11 erstreckt sich dabei parallel zur Rotationsachse des Mantels 2. Zusätzlich zu den Leitzwalzen sind noch Führungsleisten 20 vorgesehen, die zur axialen Führung des Mantels 2 dienen. Die übrigen Elemente entsprechen der Ausführungsform gemäß 1 und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Materialbahn 7 wird in Bewegungsrichtung 8 mit einer definierten Bahnlaufgeschwindigkeit durch den Nip 6 der Kalandriervorrichtung 1 bewegt. Die Umlaufgeschwindigkeit des Mantels 2 und des Gegendruckelements 5 entspricht dabei der Bahnlaufgeschwindigkeit der Materialbahn 7. Im Bereich des Nips wird das umlaufende oder rotierende Element, das in 1 als Metallband und in 2 als Metallmantel ausgebildet ist und allgemein als Mantel 2 bezeichnet wird, an der Ultraschallerzeugungseinheit 12 vorbeigeführt. Der Konverter 13 der Ultraschallerzeugungseinheit 12 erzeugt dabei Schwingungen mit einer Frequenz von mehr als 18 KHz, die über die Sonotrode 14 zunächst auf die Innenseite 3 des Mantels 2 übertragen werden. Dadurch wird der Mantel 2 in der Prozesszone 19 zu Schwingungen angeregt, die zu einer Differenzgeschwindigkeit zwischen Materialbahn 7 und Mantel 2 im Bereich des Nips 6 führen. Dadurch wird ein Schlupf zwischen der Außenseite 3 des Mantels 2 und der Oberfläche der Materialbahn 7 hervorgerufen, was zu einer Friktionsglättung der Materialbahn 7 führt.
  • Durch die Heizvorrichtung 18 erfolgt ein Erwärmen des Mantels 2 auf 20 bis 300°C, wobei ein Bereich zwischen 60 und 200°C bevorzugt wird.
  • Die Geschwindigkeit der Materialbahn 7 ist dabei nur so hoch, dass die Materialbahn 7 etwa 1 ms bis 50 ms in der Prozesszone 19 verweilt.
  • Werden nun mehrere Ultraschallerzeugungseinheiten 12 quer zur Rotationsachse des Mantels 2, also in Bewegungsrichtung 8 der Materialbahn 7 nebeneinander angeordnet, kann die Prozesszone 19 vergrößert werden und so die Materialbahn 7 mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt werden.
  • In die Zeichenebene hinein, also in Richtung der Rotationsachse des Mantels 2, sind weitere Ultraschallerzeugungseinheiten 12 angeordnet, so dass der Mantel 2 entlang der axialen Erstreckung des Nips 6 gleichmäßig zu Schwingungen angeregt werden kann.
  • Die Länge der Prozesszone beträgt vorzugsweise zwischen 1 mm bis 1.000 mm. Die Materialbahn 7, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Papierbahn ausgebildet ist, weist eine Feuchte zwischen 2 und 15% auf. Die Behand lung einer Papier- oder Kartonbahn ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung.
  • Die Sonotrode 14 der Ultraschallerzeugungseinheit 12 kann aus Metall, vorzugsweise einer Stahl- oder Stahllegierung sowie aus Aluminium oder Titanlegierungen hergestellt sein. Denkbar sind aber auch Kompositmaterialien oder gesinterte Metallkörper. Die Oberfläche der Sonotrode sollte eine Rauhigkeit von weniger als 0,1 μm aufweisen.
  • Der Mantel 2 sollte an seiner Innenseite 3 ebenfalls eine Rauhigkeit von weniger als 0,1 μm aufweisen.
  • Es ist eine Ausgestaltung denkbar, bei der der Mantel 2 mit einem Innendruck beaufschlagt werden kann, der über dem atmosphärischen Umgebungsdruck liegt. Der Überdruck kann beispielsweise zwischen 0,1 bis 5 bar betragen.
  • Die Länge des Nips 6 zwischen Mantel 2 und Gegendruckelement 5 wird durch die Länge festgelegt, in der der Mantel 2 das Gegendruckelement 5 umschlingt. Die Länge des Nips sollte etwa 1 bis 1.000 mm betragen, wobei 10 bis 500 mm vorteilhaft sind.
  • Die Schwingungen der Sonotrode 14 werden durch das Schmiermittel auf den Mantel 2 übertragen. Dabei erfolgt kein Kontakt zwischen der Sonotrode 14 und der Innenseite 3 des Mantels 2. Die Schwingungsdauer sollte etwa 0,5 ms bis 500 ms andauern. Bei einer Ausbildung der Sonotrode 14 als Rollsonotrode steht die Walze der Rollsonotrode immer im Kontakt mit dem Mantel 2.
  • Zur Erzeugung eines Tilts, also einer Verschiebung einer Presskurve, können die Ultraschalleinheiten 12 bzw. zumindest die Sonotrode 14 schwenkbar ausgestaltet sein. Die Verschwenkung kann dabei beispielsweise hydraulisch erfolgen. Andere Antriebe sind aber ebenfalls denkbar.
  • Zur Verbesserung des Glättergebnisses kann in Bahnlaufrichtung 8 vor der Kalandriervorrichtung 1 auch ein Dampf oder Düsenfeuchter angeordnet sein, mit dem der Feuchtigkeitsgehalt der Materialbahn 7 eingestellt werden kann. Die auf die Warenbahn aufgetragene Flüssigkeitsmenge sollte zwischen 2 g/m2 und 10 g/m2 liegen. Dabei kann zur Profilierung der Materialbahn auch eine externe Profilierungseinrichtung verwendet werden.
  • Zur Profilierung und zur Erzeugung von Glanz, Glätte und Volumen der faserförmigen Materialbahn werden insbesondere die Parameter Schwingungsamplitude, Schwingungsfrequenz, Anpresskraft der Sonotroden, Temperatur des Gegendruckelements bzw. des Mantels sowie die Bahngeschwindigkeit der Materialbahn 7 variiert. Zusätzlich kann auch eine Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Mantel 2 und der Materialbahn 7 erzeugt werden. Dafür wird mindestens eine Leitwalze 10 mit einem Torque-Motor versehen, der mit einer Frequenz zwischen 100 und 1.000 Hz angesteuert wird. Dies führt dazu, dass der Mantel 2 in eine Schwingung versetzt wird, die die an sonsten konstante Bewegung des Mantels 2 überlagert. Dadurch wird eine Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Mantel 2 und der Materialbahn 7 erzeugt. Denkbar ist auch, das Gegendruckelement 5 ebenfalls zu Schwingungen anzuregen.
  • Das Gegendruckelement 5 ist bei diesen Ausführungsbeispielen als Walze ausgebildet. Es kann aber ebenfalls durch einen umlaufenden Mantel, also durch ein Metallband gebildet werden, das über Leitwalzen geführt ist. Der Nip 6 wird dadurch entsprechend größer. Weitere Ausbildungen sind ebenfalls denkbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 3908808 [0006]

Claims (30)

  1. Kalandriervorrichtung, die einen umlaufenden Mantel mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist, wobei zwischen dem Mantel und einem Gegendruckelement ein Nip mit einer Pressrichtung ausgebildet ist, durch den eine Materialbahn führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ultraschallerzeugungseinheit (12) an mindestens einem ortsfesten Träger (11) angeordnet ist, die mit der Innenseite (3) des Mantels (2) im Bereich des Nips (6) in Wirkverbindung steht.
  2. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinheit (12) mindestens eine Sonotrode (14) und mindestens einen Konverter (13) aufweist.
  3. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (13) als piezoelektrischer Konverter ausgebildet ist, durch den Schwingungen in oder quer zur Pressrichtung (9) erzeugbar sind.
  4. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mantel (2) und Ultraschallerzeugungseinheit (12) ein Schmiermedium (15) angeordnet ist.
  5. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (14) relativ zum Mantel (2) justierbar ist.
  6. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (2) um eine Rotationsachse umläuft und mehrere Ultraschallerzeugungsheinheiten (12) in der Richtung der Rotationsachse nebeneinander angeordnet sind.
  7. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie quer zur Rotationsachse versetzte Ultraschalleinheiten (12) aufweist.
  8. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Pressrichtung schwingbare Ultraschallerzeugungseinheiten (12) benachbart zu quer zur Pressrichtung schwingbaren Ultraschallerzeugungseinheiten (12) angeordnet sind.
  9. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinheiten (12) eine Schwingfrequenz aufweisen, die im Bereich von 10 KHz bis 300 MHz, insbesondere von 20 kHz bis 30 MHz liegt.
  10. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinheiten (12) eine Schwingungsamplitude von 5 bis 500 μm, insbesondere von 20 bis 200 μm aufweisen.
  11. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Mantel (2) über einstellbare Leitwalzen (10) geführt ist.
  12. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwalzen 10 mit einer periodisch veränderlichen Geschwindigkeit mit einer Frequenz von 100 bis 1000 Hz antreibbar sind.
  13. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ultraschallerzeugungseinheit (12) einen Ultraschallgenerator aufweist.
  14. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Ultraschallerzeugungseinheiten (12) ein gemeinsamer Ultraschallgenerator zugeordnet ist.
  15. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (14) an ihrer dem Mantel (2) zugewandten Stirnseite profiliert ist, insbesondere konvex oder konkav ausgebildet ist.
  16. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (14) an der dem Mantel (2) zugewandten Stirnseite mit einer hydrostatischen Schmierung versehen ist.
  17. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden (14) schwenkbar angeordnet sind.
  18. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden (14) geteilt sind.
  19. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden (14) temperierbar sind.
  20. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ultra schallerzeugungseinheit (12) zwei Sonotroden (14) aufweist, die in einem flachen Winkel zueinander angeordnet sind.
  21. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (14) als Rollsonotroden mit je einer Sonotrodenwalze ausgebildet sind, wobei die Sonotrodenwalzen einen Durchmesser aufweisen, der ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der Erregerschwingung beträgt.
  22. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (2) temperierbar ist.
  23. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Reinigungsvorrichtung (17) für den Mantel (2) aufweist.
  24. Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn, wobei eine Materialbahn durch einen Nip eines Kalanders geführt wird, wobei der Nip durch ein umlaufendes oder rotierendes Element und ein Gegendruckelement gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das umlaufende oder rotierende Element im Bereich des Nips an mindestens einer Ultraschallerzeugungseinheit vorbeigeführt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinheit Schwingungen mit einer Amplitude von 5 bis 150 μm bei einer Frequenz von mindestens 18 kHz auf das umlaufende oder rotierende Element überträgt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende oder rotierende Element (13) ein Metallband oder einen Metallmantel aufweist, der auf 20 bis 300°C, insbesondere auf 60 bis 200°C erwärmt wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegendruckelement auf 70 bis 350°C erwärmt wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass im Nip eine Druckspannung im Bereich von 0,1 kPa bis 200 MPa eingestellt wird.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinheit das umlaufende oder rotierende Element in einer Prozesszone zu Schwingungen anregt, wobei die Materialbahn mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die so abgestimmt wird, dass die Materialbahn 1 ms bis 50 ms in der Prozesszone verweilt.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband über Leitwalzen geführt wird, wobei ein Umschlingungs winkel des Metallbands mit dem Gegendruckelement mit den Leitwalzen eingestellt wird.
DE200710041932 2007-09-04 2007-09-04 Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn Withdrawn DE102007041932A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710041932 DE102007041932A1 (de) 2007-09-04 2007-09-04 Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710041932 DE102007041932A1 (de) 2007-09-04 2007-09-04 Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007041932A1 true DE102007041932A1 (de) 2009-03-05

Family

ID=40299170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200710041932 Withdrawn DE102007041932A1 (de) 2007-09-04 2007-09-04 Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007041932A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019086241A1 (de) * 2017-10-30 2019-05-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines funktionselements für eine elektrodeneinheit einer batteriezelle
DE102021117378A1 (de) 2021-07-06 2023-01-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3908808A (en) 1973-09-17 1975-09-30 Nakajima All Co Ltd Ultrasonic calendering of paper webs

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3908808A (en) 1973-09-17 1975-09-30 Nakajima All Co Ltd Ultrasonic calendering of paper webs

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019086241A1 (de) * 2017-10-30 2019-05-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines funktionselements für eine elektrodeneinheit einer batteriezelle
CN111279524A (zh) * 2017-10-30 2020-06-12 罗伯特·博世有限公司 用于制造电池组电池的电极单元的功能元件的方法和设备
DE102021117378A1 (de) 2021-07-06 2023-01-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle
EP4120385A1 (de) 2021-07-06 2023-01-18 Volkswagen Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer elektrode einer batteriezelle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1081276A2 (de) Trocknungsvorrichtung
DE102007041931A1 (de) Walzenanordnung
EP2278067B1 (de) Kalander zur Behandlung einer Warenbahn
DE102007041932A1 (de) Kalandriervorrichtung und Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn
EP2275601B1 (de) Kalander zum Glätten einer Papier oder Kartonbahn
EP1736321A1 (de) Verfahren zum Herstellen von thermosensitivem Papier
EP2295632B1 (de) Kalander
DE112010003542T5 (de) Walze mit einstellbarem Mantel, Vorrichtung und Verfahren
DE10232550B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn
DE102008044369A1 (de) Kalander
EP2325386A1 (de) Biegeeinstellwalze
DE10006299B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Kalanderwalze und Kalanderwalze
EP1333122B2 (de) Verfahren zur aktiven Dämpfung von Schwingungen
DE102010029492A1 (de) Walze und Verfahren zur Vermeidung ihrer Schwingungen
EP2314763B1 (de) Vorrichtung zur Behandlung einer Faserstoffbahn
DE102006058940B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
EP1394424B1 (de) Biegeausgleichswalze
AT511492B1 (de) Druckspeicherfüllverfahren für ein Fluidsystem
EP2420618A1 (de) Verfahren zur Vermeidung von Barringerscheinungen
EP1318235B1 (de) Verfahren und Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn
WO2024046673A1 (de) Walze und pressvorrichtung
DE102007041930A1 (de) Walzenanordnung
EP1225274B1 (de) Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn und Kalander
DE3943830B4 (de) Walze zum Kalandrieren
DE10256998B4 (de) Breitnipkalander

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130403