DE10357010A1

DE10357010A1 - Anordnung zum Glätten einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE10357010A1
Application number: DE2003157010
Authority: DE
Inventors: Susanne Dr. Berger; Reinhard Leigraf; Bernd Güldenberg
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30
Also published as: WO2005054575A1

Abstract

Eine Anordnung zum Glätten einer Faserstoffbahn (1) mit mindestens einem mindestens eine beheizte Walze (8, 9; 14, 15; 16, 17) umfassenden Walzenpaar (8, 9; 14, 15; 16, 17), durch das die Faserstoffbahn (1) hindurchgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn (1) zwischen zwei Führungsbändern (2, 3) durch das mindestens eine Walzenpaar (8, 9; 14, 15; 16, 17) hindurchführbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Glätten einer Faserstoffbahn mit mindestens einem mindestens eine beheizte Walze umfassenden Walzenpaar, durch das die Faserstoffbahn hindurchgeführt wird.

Es ist bekannt, in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papierbahn oder einer gestrichenen Papierbahn, in Bahnlaufrichtung hinter der Trockenpartie die Bahn zu veredeln. Dieser Veredelungsschritt dient zur Glättung der Oberfläche und wird auch als Satinage bezeichnet. Die Parameter Temperatur, Druck und Papierfeuchte haben hierbei entscheidenden Einfluss auf das Glättungsergebnis, da die Erweichung der in der Faserstoffbahn vorhandenen Stoffe wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin sowie andere Bestandteile, wie beispielsweise Bindemittel (Latex, CMC, etc.) mit steigender Temperatur und/oder Feuchte zunimmt.

Die Erweichungstemperatur (Glasübergangstemperatur) dieser Stoffe liegt zwischen 110 und 250°C, wobei diese Werte von verschiedenen Parametern, insbesondere von der Feuchte, abhängig sind und in Anwesenheit von Feuchtigkeit deutlich gesenkt werden.

Satinageeinrichtungen, die auch als Kalander bezeichnet werden, bestehen jeweils aus Einheiten von zwei unter Druck stehenden Walzen, zwischen denen die Papierbahn hindurchgeführt wird. Um eine gute Glättwirkung zu erzielen, wird die Faserstoffbahn zunächst mittels Wasser oder Dampf befeuchtet, wenn die initiale Feuchte der Faserstoffbahn nicht ausreicht. Sodann wird die Bahn im Nip zwischen den Walzen erwärmt, wobei mindestens eine der Walzen, die beispiels weise als Stahlwalze ausgeführt ist, die Bahn noch zusätzlich zu der bereits über Dampf oder Wasser vorher eingebrachten Wärme erwärmt.

Die Länge der Heizstrecke und die Aufheizzeit sind hierbei von der Breite des Nips zwischen den Walzen abhängig. Ebenso wird die Heizstrecke durch den Radius der Kalanderwalze und durch die Geschwindigkeit der Bahn begrenzt. Je größer der Radius der Kalanderwalze ist, desto länger ist der Bereich, in dem die Bahn beheizt wird; und je höher die Geschwindigkeit, desto kürzer wird die Heizdauer.

Für die Glättwirkung ist nachteilig, dass durch die Erwärmung der Faserstoffbahn die vorher aufgebrachte oder die ursprünglich aus der Siebpartie vorhandene Feuchtigkeit wieder verdampft und sich damit das Glättpotential im Laufe der Satinageeinrichtung insbesondere bei mehreren nacheinander angeordneten Nips reduziert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, in der eine Glättung erreicht wird, ohne dass die Feuchte der Bahn verloren geht, und in der eine Temperatur der Faserstoffbahn über der unter Normaldruck möglichen Verdampfungstemperatur bzw. Siedetemperatur realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Faserstoffbahn zwischen zwei Führungsbändern durch das mindestens eine Walzenpaar hindurchführbar ist.

Mittels dieser Anordnung lässt sich die Temperatur der Papierbahn auf über 100 °C anheben, ohne dass die Feuchte aus der Papierbahn verdampft. Auch eine Entspannungsverdampfung am Nip zwischen den beiden Walzen, zwischen denen die Papierbahn zum Glätten hindurchgeführt wird, wird vermieden. Zusätzlich lässt sich gegenüber herkömmlichen Kalandern der für die Glättung der Bahn erforderliche Druck reduzieren und damit das spezifische Volumen des Papiers, insbesondere bei Kopier- und Streichrohpapieren, erhöhen. Zusätzlich lässt sich auch die Schwarzsatinage reduzieren, insbesondere bei SC-Papieren und ge strichenen Papieren. Auch die Anzahl der für die gewünschte Glättung erforderlichen Nips reduziert sich. Durch die Erfindung lässt sich auch die Aufheizzeit der Papierbahn unabhängig von der durch den Radius der Kalanderwalzen vorgegebenen Nipbreite und der Geschwindigkeit der Bahn verlängern.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass innerhalb des abgeschlossenen Raums ein Ausgleich der Feuchtequerprofile im Bereich der Heizzone erreicht und damit Qualitätsmängel, wie zum Beispiel das Cockling, gänzlich vermieden werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Insbesondere lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass unterhalb und/oder oberhalb der Führungsbänder vor dem mindestens einen Walzenpaar eine Heizzone angeordnet ist.

Die Heizzone umfasst vorteilhafterweise Heizmittel zum Beheizen der Bahn über Wärmestrahlung, über Konvektion, insbesondere mittels Luft, Wasser oder Öl als Wärmeträgermedium, oder durch Kontakt, insbesondere mittels Rollstangen. Derartige Rollstangensysteme sind beispielsweise bekannt aus Anlagen zur Herstellung von Spanplatten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn nach dem Walzenpaar bzw. nach dem in Bahnlaufrichtung letzten Walzenpaar unterhalb und/oder oberhalb der Führungsbänder eine Kühlzone angeordnet ist. Dadurch lässt sich der Innendruck, der durch die Dampfentwicklung während des Heizens in der Satinageeinrichtung entsteht, wieder abbauen, so dass eine Entspannungsverdampfung auf der Papierbahn nach dem Austritt aus der Satinageeinrichtung vermieden wird. Als in der Kühlzone eingesetztes Kühlmittel lässt sich beispielsweise gekühlte Luft, gekühltes Wasser als auch gekühltes Öl verwenden.

Mit Vorteil lassen sich an den Führungsbändern seitliche Abdichtungen anbringen, durch die die seitlichen Kanten der Faserstoffbahn nach außen abgedichtet sind. Derartige seitliche Abdichtungen sind je nach der Papierdicke, der Weglänge der Aufheizung und der angestrebten Temperatur notwendig, um ein Entweichen der Feuchtigkeit an den Seiten zu verhindern.

Mit Vorteil umfassen die Abdichtungen elastische Schichten oder ein von den Führungsbändern gebildetes Nut-Feder-System. Durch diese Maßnahme ist in Kombination mit dem Einsatz von zwei Einlaufwalzen und zwei Auslaufwalzen des Kalanders und der Spannung der Führungsbänder eine vollständige Abdichtung der Glättungseinrichtung möglich.

Durch die Einspannung der Papierbahn zwischen zwei Bändern (Sandwichbauweise) und vorzugsweise unter zusätzlichem Einsatz seitlicher Abdichtungen lässt sich die Temperatur der Papierbahn auf über 100°C anheben, ohne dass Feuchte aus der Papierbahn durch Verdampfung verloren geht. Der Kalander arbeitet somit in dem Bereich der Erweichungstemperaturen der Papierbestandteile bei konstanter Feuchte, wodurch sich die Glättwirkung gegenüber herkömmlichen Kalandern erheblich verbessert.

Durch die parallele Führung der Papierbahn durch die beheizten Bänder kann die Aufheizzone je nach Papierdicke beliebig lang gestaltet werden und wird damit unabhängig von der Nipbreite, dem Radius der Kalanderwalzen und der Geschwindigkeit des Kalanders.

Durch die Abkühlung der Papierbahn nach der Glättung im weiterhin entspannten Zustand (Sandwichfahrweise) wird die Entspannungsverdampfung, die eine Zerstörung der Papierbahn zur Folge haben könnte, nach der Entlastung beim Austritt aus dem Nip vermieden.

Die Erweichung der Faserbestandteile durch die Erhöhung der Temperatur über 100°C schafft das Potential, um den Nipdruck und damit den für die Glättung der Papierbahn notwendigen Druck zu reduzieren. Dadurch wird der Verschleiß der Kalanderwalze reduziert, der Verbrauch an vorzugsweiser elektrischer Energie abgesenkt, das spezifische Volumen des Papiers erhöht und die Schwarzsatinage reduziert. Thermische Energie wird in soweit eingespart, als dass die Verdampfungswärme (Qv = mw·Delta Hv) nicht aufgebracht werden muss (Feuchte bleibt in der Bahn), sondern nur die Heizenergie (Qw = mw·cp·Delta T) zur Temperaturerhöhung des in der Papierbahn enthaltenen und dort verbleibenden Wassers. Die Verdampfungswärme ist um ein Vielfaches höher als die Erwärmungsenergie; bei Delta T = 50°C beträgt der Faktor 10:1.

Durch die Möglichkeit, die Glättung des Papiers auch mit geringerem Druck zu erreichen, wird gegebenenfalls auch die Anzahl der Nips reduziert, die für die gewünschte Glättung erforderlich sind. Dadurch lässt sich eine Glättungseinrichtung herstellen, die weniger Platz einnimmt und geringere Anschaffungskosten hat. Überdies kann eine senkrechte und/oder schräge Anordnung der Glättungseinrichtung platzsparend sein.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Längsansicht einer Glättungseinrichtung mit einem einzigen Nip,
2 eine schematische Längsansicht einer Glättungseinrichtung mit mehreren Nips und
3 einen Querschnitt durch die Führungsbänder mit einer zwischen ihnen eingeschlossenen Papierbahn.
Eine Papierbahn 1 (1), die aus einer Trockenpartie einer Papier- oder Streichmaschine herausgezogen wird, wird in einer Glättungseinrichtung sowohl von ihrer Oberseite als auch von ihrer Unterseite durch ein Führungsband 2 bzw. 3 geführt. Die Führungsbänder 2, 3 sind Endlosbänder, die über Umlenkwalzen umlaufen und jeweils über Einlaufwalzen 4 bzw. 5 in Kontakt mit der Papierbahn 1 kommen und diese zwischen ihnen festspannen.
So dann wird die Papierbahn 1 zwischen Heizeinrichtungen 6, 7 hindurchgeführt. Diese sind beispielsweise Schwebetrockner, die die Papierbahn 1 durch ihre Strahlungswärme erwärmen und deren Abstand zu der Papierbahn 1 vorzugsweise in Richtung von Pfeilen A, B veränderbar ist. Anschließend wird die Papierbahn 1 durch den von Glättungswalzen 8, 9 des Kalanders gebildeten Nip zusammen mit den Führungsbändern 2, 3 hindurchgeführt.
Wenn die Papierbahn 1 auf über 100°C erhitzt wird, ist ein Überdruck erforderlich, um ein Ausdampfen des Wassers zu verhindern. Da die Führungsbänder 2, 3 keine Krümmung auf den Transferstrecken zwischen den Walzen 4, 5, 8, 9 aufweisen, wird durch sie keinerlei Normaldruck auf die Papierbahn 1 ausgeübt. Folgende Lösungen sind denkbar: Führung der Führungsbände 2,3 entlang gekrümmter Oberflächen und/oder Aufbau eines Überdrucks im Bereich zwischen den Walzenpaaren 4, 5, 8, 9.
Danach sind auf der Unter- bzw. der Oberseite der Papierbahn 1 Kühleinrichtungen 10, 11 angeordnet, um die Papierbahn 1 wieder abzukühlen. Auch der Abstand der Kühleinrichtungen 10, 11 zu der Papierbahn 1 ist vorzugsweise in Richtung von Pfeilen A, B veränderbar. Anschließend wird die Papierbahn zwischen zwei Auslaufwalzen 12, 13 aus der Glättungseinrichtung herausgezogen. Die Auslaufwalzen 12, 13 geben die Papierbahn 1 wieder frei und dienen als Umlenkwalzen zur Rückführung der Führungsbänder 2, 3 zu den Einlaufwalzen 4 bzw. 5.
In entsprechender Weise ist auch eine Glättungseinrichtung mit mehreren Nips (2) aufgebaut. Der Übersichtlichkeit halber sind daher die mit den in 1 dargestellten Elementen übereinstimmenden Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Zusätzlich sind jedoch weitere Kalanderwalzenpaare 14, 15 und 16, 17 vorhanden, denen jeweils wahlweise zusätzliche Heizzonen 18, 19 bzw. 20, 21 zuge ordnet sein können. Auf diese Weise lassen sich je nach der erforderlichen Glättung mehrere Walzenpaare einander anordnen, zwischen denen die Papierbahn 1 jeweils durch dieselben Führungsbänder 2, 3 hindurchgeführt wird.
Unter der Annahme, dass die Wärmeverluste gering sind, kann auch nur eine Heizzone zu Beginn des Systems und mehrere Walzenpaare hintereinander und schließlich am Ende die Kühlzone vorgesehen sein. Diese Anordnung zeichnet sich insbesondere durch geringere Anschaffungs- und Betriebsmittelkosten aus.
Die Führungsbahnen 2 und 3 (3) liegen in den Randbereichen derart übereinander, dass sie die Papierbahn 1 vollständig seitlich nach außen abschirmen und überdecken. Um eine möglichst hohe Dichtungswirkung zu erzielen, sind dazu in den Seitenbereichen entweder U- oder V-förmige Vorsprünge 22, 23 an beiden Führungsbahnen 2 und 3 angebracht, die ineinandergreifen und die Feuchtigkeit der Papierbahn 1 nicht nach außen dringen lassen. Auch andere Dichtungsmittel lassen sich an den seitlichen Rändern der Führungsbänder 2, 3 vorsehen, wenn sich diese leicht im Bereich der Einlaufwalzen 4, 5 mit einander verbinden und im Bereich der Auslaufwalzen 10, 11 ebenso leicht wieder von einander trennen lassen.

1: Papierbahn
2: Führungsband
3: Führungsband
4: Einlaufwalze
5: Einlaufwalze
6: Heizeinrichtung
7: Heizeinrichtung
8: Glättungswalze
9: Glättungswalze
10: Kühleinrichtung
11: Kühleinrichtung
12: Auslaufwalze
13: Auslaufwalze
14: Glättungswalze
15: Glättungswalze
16: Glättungswalze
17: Glättungswalze
18: Heizzone
19: Heizzone
20: Heizzone
21: Heizzone
22: Vorsprünge
23: Vorsprünge

Claims

Anordnung zum Glätten einer Faserstoffbahn (1) mit mindestens einem mindestens eine beheizte Walze (8, 9; 14, 15; 16, 17) umfassenden Walzenpaar (8, 9; 14, 15; 16, 17), durch das die Faserstoffbahn (1) hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn (1) zwischen zwei Führungsbändern (2, 3) durch das mindestens eine Walzenpaar (8, 9; 14, 15; 16, 17) hindurchführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb und/oder oberhalb der Führungsbänder (2, 3) vor dem mindestens einen Walzenpaar (8, 9; 14, 15; 16, 17) eine Heizzone (6, 7; 18, 19; 20, 21) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizzone (6, 7; 18, 19; 20, 21) Heizmittel zum Beheizen über Wärmestrahlung, über Konvektion, insbesondere mittels Luft oder Öl als Wärmeträgermedium, oder durch Kontakt, insbesondere mittels Rollstangen, aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Walzenpaar (8, 9) bzw. nach dem in Bahnlaufrichtung letzten Walzenpaar (16, 17) unterhalb und/oder oberhalb der Führungsbänder (2, 3) eine Kühlzone (10, 11) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbänder (2, 3) seitliche Abdichtungen (22, 23) aufweisen, durch die die seitlichen Kanten der Faserstoffbahn (1) nach außen abgedichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen elastische Schichten oder ein von den Führungsbändern (2, 3) gebildetes Nut-Feder-System (22, 23) umfassen.