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Die Erfindung betrifft einen Kalander zum Glätten einer
Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder
Kartonbahn, mit einem Breitnip, der durch eine Walze und
einen daran über einen vorbestimmten Umfangsabschnitt
anliegenden Mantel gebildet ist, und mit einer
Heizeinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer
Papier- oder Kartonbahn, die in einem Breitnip, der
durch eine Walze und einen daran über einen
vorbestimmten Umfangsabschnitt anliegenden Mantel gebildet ist,
mit Temperatur und Druck beaufschlagt wird.
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Ein derartiger Kalander und ein derartiges Verfahren
sind aus EP 0 370 185 B2 bekannt.
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Ein Breitnip, der durch eine Walze und einen daran über
einen vorbestimmten Umfangsabschnitt anliegenden Mantel
gebildet wird, hat gegenüber einem Nip, der durch zwei
Walzen gebildet ist, den Vorteil, daß die Verweilzeit
der Bahn im Breitnip wesentlich länger ist. Hinzu
kommt, daß die Druckspannung auch bei ansonsten
gleichen Kräften geringer ist als in einem "normalen" Nip.
Man kann daher einen Breitnip zum volumenschonenden
Glätten der Bahn verwenden. Dies ist insbesondere bei
der Bearbeitung von Kartonbahnen von Vorteil.
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Der Mantel wird mit Hilfe eines Stützschuhs gegen die
Walze gedrückt. Er ist dabei so flexibel, daß er sich
der Krümmung der Walze anpassen kann. Der Mantel ist
also auf einem Teil seines Umlaufs konkav ausgeformt.
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Man erhält bessere Glättewerte der Bahn, wenn man die
Bahn nicht nur mit erhöhtem Druck, sondern auch mit
erhöhter Temperatur beaufschlagt. In einem Breitnip hat
diese Vorgehensweise allerdings unter Umständen einen
Nachteil: Man kann am Ausgang des Breitnips vielfach
einen sehr plötzlichen Dampfaustritt beobachten, eine
sogenannte Flashverdampfung. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß die Bahn im Breitnip so weit aufgeheizt
wird, und zwar nicht nur an ihrer Oberfläche, daß in
der Bahn enthaltende Feuchtigkeit verdampft. Im
Breitnip selbst kann der Dampf nicht aus der Bahn austreten,
weil er durch die Walzenoberfläche und die Oberfläche
des Mantels daran gehindert wird. Sobald aber diese
beiden Begrenzungen von der Bahn abgenommen werden,
tritt der Dampf aus. Der austretende Dampf kann die
Oberfläche der Bahn regelrecht aufreißen, so daß die im
Breitnip erzielte Glätte vor allem der Seite der Bahn,
die an der Walze angelegen hat, wieder zerstört wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Flashverdampfung am Ausgang des Breitnips zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Walze einen
wärmeisolierenden Grundkörper aufweist, der außen mit einer
dünnen wärmeleitenden Schicht versehen ist, deren
Wärmekapazität gering ist.
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Aufgrund der geringen Wärmekapazität ist es nun
möglich, die Wärmeabgabe auf einen vorbestimmten
Teilabschnitt des Breitnips zu beschränken. Die Wärmeabgabe
ist also bereits innerhalb der Nipbreite abgeschlossen.
In der verbleibenden Zeit im Breitnip erfolgt innerhalb
der Papier- oder Kartonbahn ein Temperaturausgleich zur
kälteren Seite, so daß die Oberflächentemperatur der
Bahn am Ausgang des Breitnips unter 100°C liegt. In
diesem Fall kondensiert der Dampf aber bereits wieder
in der Bahn, bevor er am Ausgang des Breitnips
austreten kann. Damit wird eine Flashverdampfung zuverlässig
vermieden. Gleichwohl erzielt man im Breitnip mit
Einsatz von erhöhter Temperatur eine verbesserte
Oberflächeneigenschaft.
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Vorzugsweise weist die wärmeleitende Schicht einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der eine thermisch
bedingte Breitenänderung im Betrieb unter 1,3% hält. Man
vermeidet dadurch, daß die wärmeleitende Schicht eine
Breitenänderung im Breitnip erfährt, wenn sie dort
aufgrund der Wärmeabgabe an die Bahn abkühlt. Eine
derartige Breitenänderung könnte zu Falten oder anderen
Markierungen in der Bahn führen. Darüber hinaus wird durch
den kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten die Belastung
der Walze, genauer gesagt, die Belastung der
Verbindungsstelle zwischen der wärmeleitenden Schicht und dem
wärmeisolierenden Grundkörper klein gehalten.
Scherspannungen, die zu einer Ablösung der wärmeleitenden
Schicht führen könnten, treten praktisch nicht oder nur
in einem sehr geringen Umfang auf.
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Bevorzugterweise wirkt die Heizeinrichtung von außen
auf die Walze und/oder die der Walze zugewandte Seite
der Bahn. Die Heizeinrichtung trägt also von außen
Wärme in die wärmeleitende Schicht ein. Dies erfolgt
zweckmäßigerweise sehr kurz vor dem Breitnip. Wenn die
Bahn dann im Breitnip an der wärmeleitenden Schicht
anliegt, erfolgt ein Wärmeausgleich zwischen der Bahn
und der wärmeleitenden Schicht, was mit einer
Temperaturerhöhung der Bahn und einer Temperaturverminderung
der wärmeleitenden Schicht verbunden ist. Aufgrund der
relativ langen Verweildauer der Bahn im Breitnip
ergeben sich Temperaturausgleichsvorgänge über den
Querschnitt der Bahn. Beim Eintritt in den Breitnip kann
die Bahn daher durchaus mit einer sehr heißen
wärmeleitenden Schicht der Walze in Berührung kommen, was die
entsprechend positiven Auswirkungen auf die Glätte der
Oberfläche hat. Da beim nachfolgenden Abkühlen der Bahn
die Bahn nach wie vor an der sehr glatten Oberfläche
der Walze anliegt, entsteht durch die
Temperaturabsenkung keine Verschlechterung in der Glätte der Bahn. Die
einmal erreichte Glätte wird vielmehr "eingefroren", so
daß am Ausgang des Breitnips die Bahn mit der
gewünschten Glätte vorliegt. Der Temperaturausgleich setzt
natürlich voraus, daß es bei den den Breitnip bildenden
Elementen auch ein kälteres Element gibt,
beispielsweise den Mantel. Nach einer vorbestimmten Strecke im Nip
hat dann ein Temperaturausgleich derart stattgefunden,
daß an der Oberfläche der Bahn eine Temperatur von
100°C nicht mehr erreicht wird.
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Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung als induktive
Heizeinrichtung ausgebildet. Eine induktive Heizeinrichtung
hat den Vorteil, daß sie im Prinzip den gesamten
Querschnitt der wärmeleitenden Schicht mit einer erhöhten
Temperatur beaufschlagen kann. Die Wärmekapazität dieser
Schicht wird also vollständig ausgenutzt.
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Bevorzugterweise ist die Wärmekapazität der
wärmeleitenden Schicht und die Geschwindigkeit der Bahn so
aufeinander abgestimmt, das ein Wärmeübergang von der
Walze auf die Bahn auf einen vorbestimmten Teilabschnitt
des Breitnips beschränkt ist. Wie oben ausgeführt, hat
die Bahn eine bestimmte Verweilzeit im Breitnip. Diese
Verweilzeit hängt von der geometrischen Erstreckung des
Breitnips und von der Geschwindigkeit der durch den
Breitnip durchlaufenden Bahn ab. Der Wärmeübergang von
der Walze auf die Bahn läßt sich im voraus ermitteln.
Man muß nun nur noch dafür sorgen, daß der
Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn bereits nach einer
vorbestimmten Zeit, in der die Bahn sich noch im Breitnip
befindet, abgeschlossen ist. Der danach folgende
Temperaturausgleich führt dazu, daß die Bahn in
ausreichendem Maße abkühlt.
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Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Länge des
Teilabschnitts maximal die Hälfte des Breitnips
beträgt. Die Bahn hat also über die andere Hälfte die
Möglichkeit abzukühlen, so daß sichergestellt ist, daß
die Bahn zumindest an ihrer Oberfläche am Ausgang des
Breitnips eine Temperatur von unter 100°C aufweist.
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Verfahrensmäßig wird die oben genannte Aufgabe dadurch
gelöst, daß man den Wärmeübergang von der Walze auf die
Bahn auf einen vorbestimmten Teilabschnitt des
Breitnips beschränkt.
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Mit dieser Vorgehensweise nutzt man einerseits die
vorteilhaften Wirkungen einer erhöhten Temperatur bei der
Bearbeitung der Oberfläche der Bahn aus. Die erhöhte
Temperatur beschränkt sich jedoch auf einen Abschnitt
am Beginn des Breitnips. Noch Innerhalb des Breitnips
findet ein vollständiger Temperaturausgleich zwischen
der Walze und der Bahn an der Oberfläche so statt, daß
eine weitere Wärmeübertragung von der Walze auf die
Bahn nicht mehr möglich ist. Damit hat die Bahn die
Möglichkeit, einen Temperaturausgleich zu kälteren
Bereichen des Breitnips, beispielsweise zum Mantel,
herbeizuführen, so daß der Dampf in der Bahn wieder zu
Feuchtigkeit kondensieren kann.
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Vorzugsweise verwendet man eine Walze mit einem
wärmeisolierenden Grundkörper, die außen eine dünne,
wärmeleitende Schicht mit einer geringen Wärmekapazität
aufweist. Dies ist eine relativ einfache Vorgehensweise,
um den Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn auf
einen vorbestimmten Bereich des Nips zu beschränken.
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Vorzugsweise beheizt man die Walze von außen. Damit
läßt sich die Wärme in die äußere Schicht der Walze
eintragen, wobei die Wärmeaufnahme durch die
Wärmekapazität dieser Schicht begrenzt ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der
Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt die
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einzige Figur eine schematische Ansicht eines
Kalanders zum Glätten einer Faserstoffbahn.
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Die Figur zeigt einen Kalander 1 zum Glätten einer
Faserstoffbahn 2, insbesondere einer Papier- oder
Kartonbahn, die im folgenden einfach als "Bahn" bezeichnet
wird.
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Die Bahn 2 läuft zum Zwecke der Glättung durch einen
Breitnip 3, der durch eine Walze 4 und einen Mantel 5,
der mit Hilfe eines Stützschuhs 6 gegen den Umfang der
Walze 4 gedrückt wird, gebildet ist. Der Mantel 5 muß
dabei so verformbar sein, daß er sich der Krümmung der
Walze 4 anpaßt. Der Mantel 5 nimmt also auf einem Teil
seines Umlaufs eine konkave Form an.
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Die Stützschuh 6 weist eine Andruckfläche 7 auf, die in
nicht näher dargestellter, aber an sich bekannter Weise
mit Mitteln zum Erzeugen einer Schmierung versehen ist.
Beispielsweise können hier Öffnungen vorgesehen sein,
durch die Öl austreten kann, um die Berührungsfläche
zwischen dem Stützschuh 6 und dem Mantel 5
hydrostatisch zu schmieren.
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Der Mantel ist über schematisch dargestellte Leitrollen
8 geführt, so daß er nach Art einer Walze umlaufen
kann.
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Eine derartige Vorrichtung wird auch als "Schuhpresse"
bezeichnet.
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Die Walze 4 weist einen wärmeisolierenden Grundkörper 9
auf, der außen mit einer relativ dünnen Schicht 10 aus
einem wärmeleitenden Material versehen ist.
Beispielsweise kann der Grundkörper 9 aus einem Kunststoff
bestehen, der auf ein Walzenrohr 11 aufgebracht ist und
einen Wärmeübergang von der Oberfläche zum Walzenrohr
11 weitgehend verhindert. Die dünne wärmeleitende
Schicht 10 kann aus einem Metall gebildet sein,
beispielsweise Stahl. Sie hat aufgrund ihrer geringen
Ausdehnung nur eine sehr geringe Wärmekapazität, dafür
aber eine sehr glatte Oberfläche.
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Kurz vor dem Breitnip 3, den die Bahn in Richtung eines
Pfeiles 12 durchläuft, ist eine Heizeinrichtung 13
angeordnet, die die Oberfläche der Walze 4 von außen
beheizt. Die Heizeinrichtung 13 ist als induktive
Heizeinrichtung ausgebildet, d. h. sie erzeugt mit Hilfe von
elektrischen und/oder magnetischen Feldern,
beispielsweise Wirbelströme in der Schicht 10, die wiederum zu
einer Temperaturerhöhung der Schicht 10 führen.
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Die Heizeinrichtung 13 ist dabei so dicht vor dem
Beginn 14 des Breitnips 3 angeordnet, daß eine
nennenswerte Abkühlung der Schicht 10 bis zum Eintritt in den
Breitnip 3 noch nicht stattgefunden hat. Die Bahn 2
trifft also auf eine relativ heiße Walze 4, wenn sie in
den Breitnip 3 eintritt. Die Temperatur der Oberfläche
der Walze 4 kann durchaus in einem Bereich von 150°C
bis 200°C liegen.
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Sobald die Bahn 2 und die Schicht 10 im Breitnip
zusammentreffen, erfolgt ein Temperaturausgleich, d. h. ein
Wärmeübergang von der Schicht 10 auf die Bahn 2. Dabei
wird die an der Walze 4 anliegende Oberfläche der Bahn
2 sehr schnell aufgeheizt. Die damit verbundene hohe
Temperatur und die Glätte der Oberfläche der Schicht 10
führen dazu, daß die Bahn 2 jedenfalls auf der an der
Walze 4 anliegenden Seite mit hoher Qualität geglättet
wird.
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Die Wärmekapazität der Schicht 10 ist jedoch relativ
klein, so daß der Wärmeübergang von der Schicht 10 an
die Bahn 2 bereits kurze Zeit nach dem Eintritt in den
Breitnip 3 abgeschlossen ist. Bei einer entsprechenden
Abstimmung der Laufgeschwindigkeit der Bahn 2 an die
Wärmekapazität der Schicht 10 kann man dafür sorgen,
daß der Wärmeübergang auf die Bahn auf die erste Hälfte
des Breitnips 3 beschränkt ist. Ab einer fiktiven
Grenze 15, die etwa in der Hälfte des Breitnips 3 liegt,
erfolgt kein Wärmeübergang mehr von der Schicht 10 auf
die Bahn 2. Innerhalb der Bahn 2 erfolgt dann ein
Temperaturausgleich zur kälteren Seite hin, also zum
Mantel 5, so daß die Oberflächentemperatur der Bahn 2
unter die Grenze von 100°C sinkt. Damit befindet sich im
Innern der Bahn 2 kein Dampf mehr, der plötzlich durch
die Oberflächen der Bahn 2 austreten könnte. Eine
Flashverdampfung wird also vermieden.
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Die Schicht 10 ist aus einem Material gebildet, das
einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist. Damit wird vermieden, daß sich die Schicht 10 in
Axialrichtung der Walze 4 zusammenzieht, wenn die
Schicht 10 abkühlt. Ein derartiges Zusammenziehen
könnte nachteilige Erscheinungen in der Bahn 2 bewirken,
beispielsweise Falten. Auch könnte eine Beanspruchung
an der Verbindung zwischen der Schicht 10 und dem
Grundkörper 9 erfolgen, wenn der
Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß wäre.
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Natürlich ist es auch möglich, einen Teil der Wärme
direkt auf die Oberfläche der Bahn 2 zu bringen, bevor
die Bahn 2 in den Breitnip 3 eintritt. Eine derartige
Temperaturbeaufschlagung kann beispielsweise mit heißer
oder warmer Luft erfolgen.
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Auch hier ist aber aufgrund der geringen Wärmekapazität
der Schicht 10 sichergestellt, daß etwa ab der Hälfte
des Breitnips 3 keine Wärmezufuhr mehr zur Bahn 2
erfolgt, sondern die Bahn 2 abkühlen kann, so daß eine
Flashverdampfung vermieden wird.