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Die
Erfindung betrifft eine Breitnip-Kalanderanordnung mit einer Schuhwalze,
die einen umlaufenden Mantel und eine Anpreßeinrichtung aufweist, einem
Gegendruckelement, das mit der Schuhwalze zusammen einen Breitnip
bildet, und einer Befeuchtungseinrichtung.
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DE 102 06 333 C1 zeigt
eine derartige Breitnip-Kalander-Anordnung mit zwei hintereinander
angeordneten Breitnips. Vor jedem Breitnip ist eine Befeuchtungseinrichtung
angeordnet. Hinter dem letzten Breitnip ist eine Kalibrierungseinrichtung
angeordnet.
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DE 698 09 992 T2 zeigt
eine Walze für
eine Papier- oder Kartonmaschine, die insbesondere als Preßwalze eingesetzt
werden soll. Diese Preßwalze weist
eine poröse
thermisch besprühte
keramische Beschichtung auf.
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Ein
Breitnip-Kalander wird verwendet, um eine Materialbahn, insbesondere
eine Bahn aus Papier oder Karton, zu glätten. Die Glättung erfolgt
dabei volumenschonend, weil man aufgrund der relativ langen Behandlungsdauer
(verglichen mit einem Nip zwischen zwei Walzen) mit einer geringeren
Druckspannung arbeiten kann. Wie bei anderen Kalandern auch, kann
man zur Verbesserung des Ergebnisses der Satinage eine Feuchtigkeit
zuführen.
Eine Feuchtigkeit führt
in der Regel dazu, daß sich
die Fasern zumindest auf der befeuchteten Seite erweichen lassen
und dementsprechend besser glätten
lassen.
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In
der Regel wird die Feuchtigkeit dabei in Form eines Sprühnebels
oder Dampf auf die Bahn aufgetragen, bevor die Bahn in den Breitnip
eintritt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten des Auftrags von
Feuchtigkeit zu erweitern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Breitnip-Kalanderanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
daß der
Mantel zumindest an seiner Oberfläche hydrophil ausgebildet ist.
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Der
Mantel ist also benetzbar, d.h. Flüssigkeit, die auf diesen Mantel
gelangt, kann einen Film ausbilden. Im Gegensatz dazu würde bei
einer nicht hydrophilen, also hydrophoben, Oberfläche die Feuchtigkeit
zu einzelnen Rinnsalen zusammenlaufen. Wenn man nun einen hydrophilen
Walzenmantel verwendet, dann ist man bei dem Auftrag der Feuchtigkeit
nicht mehr darauf beschränkt,
daß die
Feuchtigkeit vor dem Einlaufen der Bahn in den Breitnip vollständig von
der Bahn aufgenommen worden ist. Die Feuchtigkeit kann vielmehr
auch an die Oberfläche
des Mantels gelangen. Dort wird sie aufgrund der hydrophilen Ausbildung
der Oberfläche
in Form eines Filmes an den Mantel übertragen, läuft also
nicht zu größeren Flecken
zusammen, was sich nachteilig auf die Befeuchtung der Bahn auswirken
würde.
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Vorzugsweise
ist die Befeuchtungseinrichtung zumindest teilweise auf den Mantel
gerichtet. Die Feuchtigkeit muß also
nicht mehr unmittelbar auf die Bahn übertragen werden, sondern sie
kann auch zunächst
auf die Oberfläche
des Mantels der Schuhwalze übertragen
werden und von dort auf die Bahn gelangen. Damit erweitern sich
die Möglichkeiten
der Befeuchtung weiter. Man kann nun den Auftrag von Flüssigkeit
zusätzlich
beispielsweise dafür
verwenden, den Mantel zu kühlen.
Man kann auch eine größere Menge
von Feuchtigkeit auf die Bahn übertragen
und zwar dadurch, daß man
zuerst auf der Oberfläche
des Mantels einen Feuchtigkeitsfilm erzeugt. Dieser Film wird dann
im Breitnip in die Bahn hineingedrückt, d.h. die Feuchtigkeit
dringt besser in die Bahn ein. Solch eine einseitige Bahnbefeuchtung
ist z.B. zur Verminderung oder Vermeidung einer Rollneigung in Querrichtung
(curl) an der den Nip verlassenden Bahn und für die Behandlung der Bahn in
einem nachfolgenden Kalandernip nach der "Moisture-Gradient-Calendering"-Methode von Vorteil.
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Auch
ist von Vorteil, wenn die Oberfläche
des Mantels eine Benetzbarkeit aufweist, bei der ein Kontaktwinkel
zwischen der von der Befeuchtungseinrichtung ausgegebenen Flüssigkeit
auf der Oberfläche
des Mantels kleiner als 90° ist.
Der Kontaktwinkel charakterisiert die Benetzbarkeit. Man kann die
Benetztbarkeit auch durch sogenannte kritische Oberflächenspannung σcrit ausdrücken. Eine
gute Benetzbarkeit liegt dann vor, wenn der Kontaktwinkel kleiner als
90° ist,
vorzugsweise sehr viel kleiner als 90°. Beispielsweise liegt ein spontanes
Spreiten einer Flüssigkeit
und damit selbstausbreitende Benetzung bei Mineralölen vor.
Der Kontaktwinkel beträgt
hier 0°. Wenn
man Wasser zur Befeuchtung verwendet, wird der Kontaktwinkel zwar
größer als
0° sein.
Man kann aber mit geeigneten Maßnahmen
dafür sorgen,
daß sich
auch bei der Verwendung von Wasser ein geeig neter Flüssigkeitsfilm
auf der Oberfläche
des Mantels bildet.
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Vorzugsweise
ist der Mantel aus einem hydrophilen Material gebildet. Durch die
Wahl eines entsprechenden Materials ergeben sich die gewünschten
Bedingungen auf der Oberfläche
automatisch.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann man vorsehen, daß die
Oberfläche
des Mantels eine Mikrostruktur aufweist. In vielen Fällen wird
der Mantel aus einem Kunststoff gebildet, der in der Lage ist, die
wiederholten Verformungen, die sich beim Durchlaufen des Breitnips
ergeben, ohne Beschädigungen
aufzunehmen. Viele dieser Kunststoffe sind aber an sich nicht hydrophil
sondern eher hydrophob. Wenn man nun eine entsprechende Mikrostruktur
auf der Oberfläche
des Mantels ausbildet, dann kann man durch eine physikalische Ausgestaltung
der Manteloberfläche
die Benetzbarkeit erreichen. Eine derartige Mikrostruktur kann z.B.
eine Mikro-Gravur von sehr kleinen "Näpfchen", also Vertiefungen
sein, wie sie vom Tiefdruck her bekannt ist. Anstelle von Näpfchen kann
man auch kleine Rillen, Schuppen oder Nuten verwenden, die zu einem ähnlichen
Effekt führen.
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Bevorzugterweise
wirkt die Befeuchtungseinrichtung mit einer elektrischen Felderzeugungseinrichtung.
Die Erzeugung eines elektrischen Feldes ist eine physikalische Maßnahme,
um die Oberfläche
hydrophil zu machen. Wenn man ein Hochspannungsfeld an den Mantel
anlegt, erfolgt eine Benetzung durch Elektrostatik.
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Man
kann auch eine Netzmittelzugabeeinrichtung vorsehen, die ein Netzmittel
der Befeuchtungseinrichtung und/oder der Oberfläche des Mantels zuführt. In
diesem Fall erfolgt die Herstellung oder Verbesserung der Benetzbarkeit
auf chemische Weise. Man kann beispielsweise Tenside verwenden, die
die Oberflächenspannung
der aufzutragenden Flüssigkeit
herabsetzen und sie so benetzbar machen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Breitnip-Kalanderanordnung und
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2 eine
Darstellung zur Erläuterung
einer Mikrostruktur.
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1 zeigt
eine Breitnip-Kalanderanordnung 1 mit einer Schuhwalze 2,
die einen umlaufenden Mantel 3 und eine Anpreßeinrichtung 4 aufweist. Der
Mantel 3 ist über
mehrere Umlenk- oder Stützrollen 5 geführt. In
der dargestellten Ausführungsform ist
der Mantel relativ steif. Er kann jedoch auch als Band ausgebildet
sein, das wesentlich dünner
ist, wobei in diesem Fall mehr Stützrollen 5 erforderlich sind.
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Der
Mantel 3 wirkt zusammen mit einer Gegenwalze 6,
die als harte Walze ausgebildet ist und beispielsweise aus Stahl
oder Guß besteht.
In der Gegenwalze 6 sind Heizkanäle 7 vorgesehen, durch die
ein Wärmeträgermedium, beispielsweise
Dampf, heißes
Wasser oder heißes Öl, geleitet
werden kann, um die Gegenwalze 6 zu temperieren.
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Die
Anpreßeinrichtung 4 preßt den Mantel 3 mit
einem vorbestimmten Druck und über
eine vorbestimmte Länge
in die Gegenwalze 6. Dadurch entsteht ein Breitnip 8,
durch den eine Bahn 9, beispielsweise eine Bahn aus Papier
oder Karton, geführt wird,
um sie im Breitnip 8 zu glätten.
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In
manchen Fällen
ist es gewünscht,
den Glättvorgang
dadurch zu unterstützen,
daß man
eine Feuchtigkeit auf die Bahn 9 aufträgt. Im vorliegenden Fall wird
die Feuchtigkeit durch eine Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 bereitgestellt,
die Feuchtigkeit aus Sprühdüsen 11 ausgibt.
Die Sprühdüsen 11 sind aber
hier nicht mehr direkt auf die Bahn 9 gerichtet, sondern
auf die Oberfläche 12 des
Mantels 3. An dieser Oberfläche 12 bildet sich
aufgrund der weiter unten beschriebenen Eigenschaften und Ausgestaltungen
ein gleichmäßiger Feuchtigkeitsfilm
aus, der auf die Bahn 9 übertragen wird, wenn die Bahn 9 durch den
Breitnip 8 hindurchläuft.
Der Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche 12 hat daneben
natürlich
noch den Vorteil, daß er
den Mantel 3 kühlt.
Aus diesem Grund ist die Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 etwa
auf der dem Breitnip 8 gegenüber liegenden Seite des Mantels 3 angeordnet,
so daß die
Feuchtigkeit über
etwa eine halbe Umdrehung auf der Oberfläche des Mantels verbleibt,
bevor sie in die Bahn 9 hineingedrückt wird.
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Damit
der Film gleichmäßig erhalten
bleibt und mit der Walze in dieser Gleichmäßigkeit umlaufen kann, ist
die Oberfläche 12 des
Mantels 3 benetzbar oder hydrophil ausgebildet, sie ist
also nicht hydrophob. Bei einer hydrophoben oder nicht benetzbaren
Oberfläche
würde dieser
Film zu einzelnen Rinnsalen zusammenlaufen.
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Benetzbarkeit
wird durch den Kontaktwinkel charakterisiert, den ein Flüssigkeitstropfen
auf der Oberfläche 12 ausbildet
oder auch durch die sogenannte kritische Oberflächenspannung σcrit ausgedrückt. Eine
gute Benetzbarkeit liegt dann schon vor, wenn dieser Kontaktwinkel
sehr viel kleiner als 90° ist.
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Man
kann nun vorsehen, daß das
Material des Mantels 3 selbst von sich aus hydrophil ist.
Eine derartige Materialwahl kann unter Umständen aber andere Eigenschaften
des Mantels 3 negativ beeinflussen. Der Mantel 3 muß beim Durchlaufen
des Breitnips 8 wiederholt verformt werden. Man kann daher
auch andere Maßnahmen
vorsehen, um die Oberfläche 12 des
Mantels 3 hydrophil zu machen.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weist die Oberfläche 12 des
Mantels eine Vielzahl von kleinen Vertiefungen 13 auf,
also eine Mikrostruktur, die durch eine große Vielzahl von sehr kleinen "Näpfchen" gebildet ist. Eine derartige Mikro-Gravur
ist vom Tiefdruck her bekannt.
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Man
kann auch eine physikalische Maßnahme
treffen und die Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 mit
einer elektrischen Felderzeugungseinrichtung 14 kombinieren.
Die Felderzeugungseinrichtung 14 erzeugt ein elektrisches
Feld zwischen der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 und
dem Mantel 3. Hierzu sind zumindest einige der Stützrollen 5 mit
einem Erdpotential 15 verbunden. Die Hochspannung zwischen
der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 und dem Mantel 3 kann
dabei durchaus mehrere tausend Volt betragen.
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Man
kann auch auf chemische Weise dafür sorgen, daß die Oberfläche 12 hydrophil
ist. Hierzu ist eine Netzmittel-Zugabeeinrichtung 16 vorgesehen,
die ein Netzmittel, beispielsweise Tenside, entweder unmittelbar über Sprühdüsen 17 auf
die Oberfläche 12 des
Mantels 3 aufträgt,
oder das Netzmittel der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 zuführt, so daß sich das
Netzmittel bei der Zufuhr mit der Flüssigkeit mischt, die über eine
Leitung 18 permanent zugeführt wird.
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Schließlich ist
es auch möglich,
an der Oberfläche 12 eine
nicht näher
dargestellte Oberflächenschicht
vorzusehen, die an sich hydrophil ist. In diesem Fall kann der Mantel 3 dann
aus zwei Schichten bestehen, wobei die innere Schicht die mechanische Stabilität sicherstellt
und die äußere Schicht
die hydrophilen Eigenschaften des Mantels an der Oberfläche 12.
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Mit
den dargestellten Maßnahmen
erreicht man, daß sich
ein Flüssigkeitsfilm
an der Oberfläche 12 des
Mantels 3 ausbilden kann. Dieser Flüssigkeitsfilm wird dann im
Breitnip 8 an die an der Schuhwalze 2 anliegende
Oberfläche
der Bahn 9 übertragen.