DE10206027C2 - Kalander und Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Karton­ bahn, mit einem Breitnip, der durch eine Walze, die einen wärmeisolierenden Grundkörper aufweist und die außen mit einer dünnen wärmeleitenden Schicht versehen ist, deren Wärmekapazität gering ist 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 Umfangsab­ schnitt anliegenden Mantel gebildet ist, mit Temperatur und Druck beaufschlagt wird.

Ein derartiger Kalander und ein derartiges Verfahren sind aus DE 689 23 898 T2 bekannt. Auf einem Walzenrohr aus Gußstahl ist eine wärmeisolierende keramische In­ nenschicht aufgebracht, die auch als elektrische Isolierung wirkt. Auf dieser Schicht befindet sich eine elektrische leitende keramische Außenschicht.

Ein weiterer Kalander und ein Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn sind aus EP 0 370 185 B2 bekannt.

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 glei­ chen 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.

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.

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 zurückzu­ führen, daß die Bahn im Breitnip so weit aufgeheizt wird, und zwar nicht nur an ihrer Oberfläche, daß in der Bahn enthaltende Feuchtigkeit verdampft. Im Breit­ nip 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flash­ verdampfung am Ausgang des Breitnips zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Wärmekapazität der wärmeleitenden Schicht und die Geschwindigkeit der Bahn so aufeinander abgestimmt sind, das ein Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn auf einen vorbestimmten Teilabschnitt des Breitnips beschränkt ist.

Aufgrund der geringen Wärmekapazität ist es nun mög­ lich, die Wärmeabgabe auf einen vorbestimmten Teilab­ schnitt 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 austre­ ten kann. Damit wird eine Flashverdampfung zuverlässig vermieden. Gleichwohl erzielt man im Breitnip mit Ein­ satz von erhöhter Temperatur eine verbesserte Oberflä­ cheneigenschaft. Die Bahn hat eine bestimmte Verweil­ zeit im Breitnip. Diese Verweilzeit hängt von der geo­ metrischen Erstreckung des Breitnips und von der Ge­ schwindigkeit 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 da­ zu, daß die Bahn in ausreichendem Maße abkühlt.

Vorzugsweise weist die wärmeleitende Schicht einen Wär­ meausdehnungskoeffizienten auf, der eine thermisch be­ dingte Breitenänderung im Betrieb unter 1,3% hält. Man vermeidet dadurch, daß die wärmeleitende Schicht eine Breitenänderung im Breitnip erfährt, wenn sie dort auf­ grund der Wärmeabgabe an die Bahn abkühlt. Eine derar­ tige Breitenänderung könnte zu Falten oder anderen Mar­ kierungen in der Bahn führen. Darüber hinaus wird durch den kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten die Belastung der Walze, genauer gesagt, die Belastung der Verbin­ dungsstelle zwischen der wärmeleitenden Schicht und dem wärmeisolierenden Grundkörper klein gehalten. Scher­ spannungen, die zu einer Ablösung der wärmeleitenden Schicht führen könnten, treten praktisch nicht oder nur in einem sehr geringen Umfang auf.

Bevorzugterweise wirkt die Heizeinrichtung von außen auf die Walze und/oder die der Walze zugewandte Seite der Bahn. Die Heizeinrichtung trägt also von außen Wär­ me 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 Tempera­ turerhöhung der Bahn und einer Temperaturverminderung der wärmeleitenden Schicht verbunden ist. Aufgrund der relativ langen Verweildauer der Bahn im Breitnip erge­ ben sich Temperaturausgleichsvorgänge über den Quer­ schnitt der Bahn. Beim Eintritt in den Breitnip kann die Bahn daher durchaus mit einer sehr heißen wärmelei­ tenden 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 Temperaturabsen­ kung keine Verschlechterung in der Glätte der Bahn. Die einmal erreichte Glätte wird vielmehr "eingefroren", so daß am Ausgang des Breitnips die Bahn mit der gewünsch­ ten Glätte vorliegt. Der Temperaturausgleich setzt na­ türlich voraus, daß es bei den den Breitnip bildenden Elementen auch ein kälteres Element gibt, beispielswei­ se 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.

Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung als induktive Heiz­ einrichtung ausgebildet. Eine induktive Heizeinrichtung hat den Vorteil, daß sie im Prinzip den gesamten Quer­ schnitt der wärmeleitenden Schicht mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagen kann. Die Wärmekapazität dieser Schicht wird also vollständig ausgenutzt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Länge des Teilabschnitts maximal die Hälfte des Breitnips be­ trägt. 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. Verfahrensmäßig wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß man den Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn auf einen vorbestimmten Teilabschnitt des Breit­ nips beschränkt.

Mit dieser Vorgehensweise nutzt man einerseits die vor­ teilhaften 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 Be­ reichen des Breitnips, beispielsweise zum Mantel, her­ beizuführen, so daß der Dampf in der Bahn wieder zu Feuchtigkeit kondensieren kann.

Vorzugsweise verwendet man eine Walze mit einem wärme­ isolierenden Grundkörper, die außen eine dünne, wärme­ leitende Schicht mit einer geringen Wärmekapazität auf­ weist. Dies ist eine relativ einfache Vorgehensweise, um den Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn auf einen vorbestimmten Bereich des Nips zu beschränken.

Vorzugsweise beheizt man die Walze von außen. Damit läßt sich die Wärme in die äußere Schicht der Walze eintragen, wobei die Wärmeaufnahme durch die Wärmekapa­ zität dieser Schicht begrenzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigt die

einzige Figur eine schematische Ansicht eines Kalan­ ders zum Glätten einer Faserstoffbahn.

Die Figur zeigt einen Kalander 1 zum Glätten einer Fa­ serstoffbahn 2, insbesondere einer Papier- oder Karton­ bahn, die im folgenden einfach als "Bahn" bezeichnet wird.

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.

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 hydrosta­ tisch zu schmieren.

Der Mantel ist über schematisch dargestellte Leitrollen 8 geführt, so daß er nach Art einer Walze umlaufen kann.

Eine derartige Vorrichtung wird auch als "Schuhpresse" bezeichnet.

Die Walze 4 weist einen wärmeisolierenden Grundkörper 9 auf, der außen mit einer relativ dünnen Schicht 10 aus einem wärmeleitenden Material versehen ist. Beispiels­ weise kann der Grundkörper 9 aus einem Kunststoff be­ stehen, 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, bei­ spielsweise Stahl. Sie hat aufgrund ihrer geringen Aus­ dehnung nur eine sehr geringe Wärmekapazität, dafür aber eine sehr glatte Oberfläche.

Kurz vor dem Breitnip 3, den die Bahn in Richtung eines Pfeiles 12 durchläuft, ist eine Heizeinrichtung 13 an­ geordnet, die die Oberfläche der Walze 4 von außen be­ heizt. Die Heizeinrichtung 13 ist als induktive Heiz­ einrichtung ausgebildet, d. h. sie erzeugt mit Hilfe von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, beispiels­ weise Wirbelströme in der Schicht 10, die wiederum zu einer Temperaturerhöhung der Schicht 10 führen.

Die Heizeinrichtung 13 ist dabei so dicht vor dem Be­ ginn 14 des Breitnips 3 angeordnet, daß eine nennens­ werte 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.

Sobald die Bahn 2 und die Schicht 10 im Breitnip zusam­ mentreffen, 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.

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 Gren­ ze 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 Tem­ peraturausgleich zur kälteren Seite hin, also zum Man­ tel 5, so daß die Oberflächentemperatur der Bahn 2 un­ ter 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.

Die Schicht 10 ist aus einem Material gebildet, das einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf­ weist. 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 Wärmeausdehnungs­ koeffizient zu groß wäre.

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.

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 er­ folgt, sondern die Bahn 2 abkühlen kann, so daß eine Flashverdampfung vermieden wird.

Claims (8)

1. Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbe­ sondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einem Breitnip, der durch eine Walze, die einen wärmeiso­ lierenden Grundkörper aufweist und die außen mit einer dünnen wärmeleitenden Schicht versehen ist, deren Wärmekapazität gering ist, und einen daran über einen vorbestimmten Umfangsabschnitt anliegen­ den Mantel gebildet ist, und mit einer Heizeinrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazi­ tät der wärmeleitenden Schicht (10) und die Ge­ schwindigkeit der Bahn (2) so aufeinander abge­ stimmt sind, daß ein Wärmeübergang von der Walze (4) auf die Bahn (2) auf einen vorbestimmten Teil­ abschnitt des Breitnips (3) beschränkt ist.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Schicht (10) einen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten aufweist, der eine thermisch bedingte Breitenänderung im Betrieb unter 1,3% hält.

3. Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizeinrichtung (13) von außen auf die Walze (4) und/oder die der Walze (4) zuge­ wandte Seite der Bahn (2) wirkt.

4. Kalander nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (13) als induktive Heizein­ richtung ausgebildet ist.

5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Teilabschnitts maximal die Hälfte des Breitnips (3) beträgt.

6. Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbe­ sondere 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 be­ aufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeübergang von der Walze auf die Bahn auf einen vorbestimmten Teilabschnitt des Breitnips be­ schränkt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Walze mit einem wärmeisolierenden Grundkörper verwendet, die außen eine dünne, wärme­ leitende Schicht mit einer geringen Wärmekapazität aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walze von außen beheizt.