DE19511145A1 - Kalander für die zweiseitige Papierbehandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander für die zweiseitige Papierbehandlung mit einem Walzenstapel, der eine harte Oberwalze, eine harte Unterwalze und dazwischen weitere harte und weiche Walzen sowie je­ weils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte und einen zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt aufweist und der durch an den Stapelenden angreifende Kräfte in Stapelrichtung belastbar ist.

Derartige Kalander sind beispielsweise aus dem Prospekt "Die neuen Superkalander-Konzepte" der Firma Sulzer Papertec Krefeld GmbH aus Mai 1994 bekannt. Sie dienen dazu, gestrichene und ungestrichene Papiere zu satinie­ ren, beispielsweise Druckpapiere oder Silicon-Rohpapie­ re. Als "harte" Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten und harten Oberfläche, die im wesentli­ chen für die Glätte und den Glanz verantwortlich sind. Als "weiche" Walzen bezeichnet man Walzen mit einer elastischen oder weichen Oberfläche, die im wesentli­ chen für eine gleichmäßige Verdichtung sorgen. Der Wechselspalt ist erforderlich, damit beide Seiten der Papierbahn eine etwa gleichmäßige Behandlung erfahren. Üblich ist es, einen Kalander mit 12 bis 16 Walzen zu verwenden, wobei sich der Wechselspalt in der unteren Hälfte des Stapels befindet. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die den Stapel von oben nach unten durchlaufende Papierbahn oben in geringerem Maße geglättet wird als unten, weil die zumeist vom oberen Ende her wirkende Belastung durch die Gewichte der Wal­ zen und eventuell damit verbundener Teile, wie überhän­ gender Gewichte, nach unten hin zunimmt. Dies führt zu einer von oben nach unten zunehmenden Streckenlast bzw. Druckspannung und/oder Verweilzeit in den Arbeitsspal­ ten. Diese Kalander haben daher eine große Bauhöhe und sind aufgrund der großen Anzahl von Walzen sehr teuer.

Aus EP 0 230 563 A1 ist eine Vorrichtung zum Positio­ nieren von Walzenflächen bekannt, bei der ein Walzen­ stapel mit sieben Walzen vorgesehen ist, von denen die Oberwalze, die Unterwalze und die Mittelwalze als Bie­ geeinstellwalze ausgebildet sind. Die übrigen Walzen sind an Hebeln gelagert. Hydraulische Stellmotoren, die an den Hebeln bzw. an den Enden der Biegeeinstellwalzen angreifen, dienen dazu, die Walzenfläche zu heben, ab­ zusenken, in gewünschter Lage zu halten und von den Einwirkungen der überhängenden Gewichte zu entlasten. Weiche Walzen und mit ihrer Hilfe gebildete Arbeits- und Wechselspalte zur Beseitigung der Unterschiede auf beiden Seiten der Papierbahn sind nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalan­ der der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der weit­ gehend die gleichen Satinageergebnisse für eine be­ stimmte Papiersorte sicherstellt, aber eine kleinere Bauhöhe hat und dessen Herstellungs- und Betriebskosten geringer sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stapel 8 Walzen aufweist, von denen die beiden mittleren Walzen den Wechselspalt bilden, daß eine der Zwischenwalzen eine Biegeeinstellwalze mit Mantelhub ist, deren Mantel durch eine obere druckbelastbare Stützvorrichtung und eine untere druckbelastbare Stütz­ vorrichtung auf einem den Mantel durchsetzenden Träger abgestützt ist, und daß die von der oberen Stützvor­ richtung auf den Mantel ausgeübte Stützkraft größer ist als die von der unteren Stützvorrichtung ausgeübten Stützkraft.

Bei dieser Konstruktion ist die Anzahl der Arbeitsspal­ te oberhalb des Wechselspalts gleich der Anzahl der Arbeitsspalte unterhalb des Wechselspalts und damit geringer als beim bekannten Superkalander. Trotzdem wird das gleiche Satinageergebnis wie bei einem 12-Wal­ zen-Kalander erzielt, weil in allen Arbeitsspalten mit verhältnismäßig großer Streckenlast gearbeitet werden kann. Insbesondere bewirkt die mittlere Biegeeinstell­ walze, daß die oberhalb des Wechselspalts an den harten Walzen anliegende Papierseite eine ähnliche Behandlung erfährt, wie die unterhalb des Wechselspalts an den harten Walzen anliegende Papierseite. Sowohl im unter­ sten Arbeitsspalt der unteren Hälfte des Stapels auch im untersten Arbeitsspalt der oberen Hälfte des Stapels kann mit der maximal zulässigen Druckspannung gearbei­ tet werden. Entsprechend groß können auch die Druck­ spannungen in den darüber befindlichen Spalten sein. Die drei Walzenspalte oberhalb des Wechselspalts beim 8-Walzen-Kalander erzielen das gleiche Resultat wie beim 12-Walzen-Kalander die ersten sieben Arbeitsspal­ te. Da eine Biegeeinstellwalze mit Mantelhub verwendet wird, kann sie in einem Stapel verwendet werden, dessen Walzen in üblicher Weise, beispielsweise durch Absenken der Unterwalze, voneinander getrennt werden können.

Da der Kalander eine geringere Bauhöhe hat, benötigt man auch niedrigere Gebäude, was die Aufstellungskosten erheblich senkt. Des weiteren ist der Kalander wegen der geringeren Walzenzahl sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kostengünstig.

Günstig ist es, daß eine der beiden mittleren Walzen als Biegeeinstellwalze ausgebildet ist. Die Entkopplung des oberen und des unteren Belastungssystems ist beson­ ders groß, weil der Mantel der mit einem Bezug versehe­ nen Biegeeinstellwalze leichter verformbar ist. Außer­ dem wirken die unterschiedlichen Belastungen je auf einer Hälfte des Stapels.

Dies gilt insbesondere, wenn die fünfte Walze von oben als Biegeeinstellwalze ausgebildet ist. Der Einfluß des Walzengewichts auf den untersten Arbeitsspalt ist dann am geringsten.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß die Zwischenwalzen mit Ausnahme der Biegeeinstellwalze an Hebeln gelagert sind, die durch Kompensatoren zum Ausgleich überhängen­ der Gewichte belastet sind. Auf diese Weise ist gewähr­ leistet, daß nur das Walzengewicht, nicht aber überhän­ gende Gewichte u. dgl. in die in jedem Arbeitsspalt herrschende Streckenlast eingeht. Dies ergibt eine steile Belastungskennlinie, gemäß der in allen Ar­ beitsspalten mit verhältnismäßig hoher Streckenlast gearbeitet werden kann.

Günstig ist es, daß die Summe der Streckenlasten in den Arbeitsspalten oberhalb des Wechselspalts 80% bis 120% der Summe der Streckenlasten der Arbeitsspalte unter­ halb des Wechselspalts beträgt. Die Summe der Strecken­ lasten ist ein guter Anhaltspunkt für die mechanische Einwirkung auf das Papier. Auch wenn die Summe der Streckenlasten oberhalb des Wechselspalts nicht iden­ tisch mit der Summe der Streckenlasten unterhalb des Wechselspalts ist, erhält man dennoch den Forderungen der Praxis voll entsprechende, hervorragende Satinage­ ergebnisse.

Die Kalandrierleistung läßt sich noch besser dadurch berücksichtigen, daß die Summe der Produkte aus Ver­ weilzeit und mittlerer Druckspannung in den Arbeits­ spalten oberhalb des Wechselspaltes 80% bis 120% der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten un­ terhalb des Wechselspalts beträgt. Denn Verweilzeit und Druckspannung sind zwei maßgebende Faktoren für die Papierverformung.

Als vorteilhafte Maßnahme wird angesehen, daß die Wal­ zen selbst ein geringes Gewicht haben. Dies geschieht bei den harten Walzen dadurch, daß sie den kleinstmög­ lichen Durchmesser und eine möglichst dünne Wandstärke aufweisen. Bei den weichen Walzen sollte man anstelle der kompakten und schweren Walzen mit Papierbezug leichter bauende Konstruktionen verwenden.

Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, daß die wei­ chen Walzen Hohlräume enthalten. Insbesondere kommen hierfür mit einem Bezug versehene Hohlrohre in Be­ tracht.

Vorteile bietet es auch, wenn die weiche Walze einen Kunststoffmantel aufweist. Solche Bezüge sind wesent­ lich dünner als Papierbezüge und dementsprechend leich­ ter.

Hierbei empfiehlt es sich ferner, daß die weiche Walze einen Mantel aus faserverstärktem Kunststoff, wie Ep­ oxidharz aufweist. Durch die Faserverstärkung, insbe­ sondere mit Kohlefasern, läßt sich Stabilität und ge­ ringes Gewicht miteinander vereinen.

In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß zumin­ dest eine harte Walze beheizbar ist. Dies ermöglicht es, thermische Verformungsenergie zuzuführen, so daß insgesamt mit einer geringeren Streckenlast gearbeitet werden kann. Hinzu kommt aber, daß man durch unter­ schiedliche Beheizung in den verschiedenen Arbeitsspal­ ten noch ein höheres Maß der Anpassung des Satinageer­ gebnisses auf beiden Papierbahnseiten erzielen kann.

Mit Vorteil sind die Ober- und/oder Unterwalze beheiz­ bar. Schon im ersten und auch im letzten Spalt ist da­ her Wärme zuführbar, was auf beiden Seiten der Papier­ bahn Korrekturmöglichkeiten bietet.

Vorzüge bietet es auch, daß die Ober- und/oder Unter­ walze eine Biegungseinstellwalze ist. Die Durchbie­ gungssteuerung erlaubt es, die Streckenlast über die Breite der Papierbahn konstant zu halten, um so ein sehr gleichmäßiges Satinageergebnis zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Kalanders und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine weiche Walze.

Der veranschaulichte Kalander 1 weist einen Walzensta­ pel auf, der aus acht Walzen besteht, nämlich einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Oberwalze 2, einer weichen Walze 3, einer beheizbaren harten Wal­ ze 4, einer weichen Walze 5, einer durchbiegungssteuer­ baren weichen Walze 6, einer beheizbaren harten Walze 7, einer weichen Walze 8 und einer beheizbaren, durch­ biegungssteuerbaren harten Unterwalze 9. Auf diese Wei­ se ergeben sich sechs Arbeitsspalte 10 bis 15, die je durch eine harte Walze und eine weiche Walze begrenzt sind, und in deren Mitte ein Wechselspalt 16, der durch zwei weiche Walzen 5 und 6 begrenzt ist.

Eine Papierbahn 17 wird aus einer Papiermaschine zuge­ führt, durchläuft unter der Führung von Leitrollen 18 die Arbeitsspalte 10 bis 12, den Wechselspalt 16 und die Arbeitsspalte 13 bis 15, worauf sie in einer Wickel­ vorrichtung aufgewickelt wird. In den drei oberen Arbeitsspalten 10 bis 12 liegt die Papierbahn mit der einen Seite, in den drei unteren Arbeitsspalten 13 bis 15 mit der anderen Seite an den harten Walzen an, so daß beidseitig die gewünschte Oberflächenstruktur, bei­ spielsweise Glanz oder Glätte erreicht wird.

Oberwalze 2 und Unterwalze 9 sind als Biegeeinstellwal­ zen ausgebildet, bei denen der Walzenmantel 19 durch eine Reihe von Stützelementen 20 auf einem drehfesten Träger 21 abgestützt sind. Auch die weiche Walze 6 ist als Biegeeinstellwalze ausgebildet, wobei der Mantel 22 über eine obere Stützvorrichtung 23, gebildet durch eine Reihe von Stützelementen, und eine untere Stütz­ vorrichtung 24, gebildet durch eine Reihe von Stütz­ elementen, auf einem drehfesten und ortsfesten Träger 25 abgestützt ist. Diese Walze 6 ist mit Mantelhub aus­ gebildet, d. h. der Mantel 22 ist als Ganzes relativ zu Träger 25 vertikal verstellbar. Derartige Biegeein­ stellwalzen sind bekannt, beispielsweise in der Form von NIPCO- oder HYDREIN-Walzen. Die Stützelemente kön­ nen auch durch andere bekannte Stützvorrichtungen er­ setzt werden.

Die übrigen Walzen 3, 4, 5, 7 und 8 sind mit ihren La­ gerzapfen an Hebeln 26 gelagert, die um gestellfeste Drehpunkte 27 schwenkbar sind. Am freien Ende ist jeder Hebel durch einen Kompensator 28 belastbar, der die Wirkung der überhängenden Gewichte, beispielsweise der Leitwalze 18, kompensiert und dadurch das wirksame Ge­ wicht der zugehörigen Walze klein hält. Die Kompensato­ ren 28 können in beliebiger Weise belastet sein, bei­ spielsweise durch einen Flüssigkeitsdruck oder eine Feder.

Zum Trennen der Walzen des Stapels 1 kann der Träger der Unterwalze 9 mittels eines Hubzylinders 29 abge­ senkt werden. Hierdurch senken sich die an Hebeln 26 gelagerten Walzen 3, 4, 5, 6, 8 ab, bis die Hebel an einem nicht veranschaulichten Anschlag, der in den Kom­ pensator einbezogen sein kann, anliegt, während die weiche Walze 6 absinkt, bis der Mantelhub durch einen internen Anschlag beendet ist. Wenn sich zwischen allen Walzen ein Spalt von beispielsweise 4 mm ergeben soll, muß die Walze 3 um 4 mm, die Walze 4 um 8 mm, die Walze 5 um 12 mm und der Mantel 22 der Walze 6 um 16 mm nach unten bewegt werden können.

Die weichen Walzen, zum Beispiel 3, weisen ein Tragrohr 30 mit einem Hohlraum 31 auf. Auf dem Tragrohr ist ein Kunststoffmantel 32 angeordnet, der beispielsweise aus faserverstärktem Epoxidharz bestehen kann. Eine solche weiche Walze ist wesentlich leichter als eine übliche Walze mit einem Bezug aus Fasermaterial.

Eine oder mehrere der harten Walzen 2, 4, 7, 9 sind beheizbar, wie dies durch die Pfeile H1 bis H4 angedeu­ tet ist. Die Oberwalze 2 besitzt zu diesem Zweck einen Induktionsheizvorrichtung 33. Die Heizenergie kann aber auch auf andere Art zugeführt werden, beispielsweise durch elektrische Widerstandsheizung, durch Strahlungs­ heizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers u. dgl.

Ein Steuergerät 34 koordiniert die einzelnen Parameter der Papierbahnbehandlung. So wird außer der Heizenergie H1 bis H4 die Kraft P festgelegt, mit der die Oberwalze 2 nach unten gedrückt wird, wobei die Unterwalze 9 zweckmäßigerweise ortsfest gehalten ist. Die Belastung kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen, wobei die Kraft P auf die Unterwalze 9 wirkt und die Oberwalze 2 ortsfest gelagert ist. Den Stützelementen in den Walzen 2, 6 und 9 werden einzeln oder zonenweise Drücke p1, p2, p3 und p4 zugeführt, die bei allen drei Biegeein­ stellwalzen dafür sorgen, daß über die Länge der Walzen eine gleichmäßige Druckspannung herrscht. Darüber hin­ aus werden die Stützvorrichtungen 23 und 24 der Walze 6 so angesteuert, daß die nach oben wirkende Kraft etwas größer ist als die nach unten wirkende Kraft. Auf diese Weise werden die Arbeitsspalte 10 bis 12 im oberen Teil des Stapels 1 und die Arbeitsspalte 13 bis 15 im unte­ ren Teil des Stapels voneinander entkoppelt. Man kann daher in den drei oberen Walzenspalten eine Behandlung der einen Papierseite vornehmen, die derjenigen der anderen Seite des Papiers in den drei unteren Arbeits­ spalten ähnlich ist.

Bei einer Belastung des Stapel s durch eine Kraft P er­ gibt sich im ersten Arbeitsspalt 10 eine Streckenlast f1, die von der Kraft P und dem wirksamen Gewicht der Oberwalze 2 abhängt, im zweiten Arbeitsspalt 11 eine Streckenlast f2, die von der Kraft P und den wirksamen Gewichten der beiden oberen Walzen 2 und 3 abhängt, und im dritten Arbeitsspalt 12 eine Streckenlast f3, die von der Kraft P und den wirksamen Gewichten der Walzen 2 bis 4 abhängt. Die zugehörige Stützkraft wird durch die obere Stützvorrichtung 23 aufgebracht. Völlig unabhän­ gig hiervon sind die Streckenlasten f4, f5 und f6 in den darunterliegenden Arbeitsspalten 13 bis 15. Die Streckenlast f4 im Arbeitsspalt 13 hängt allein von der Kraft ab, welche durch die untere Stützvorrichtung 24 erzeugt wird. Die Streckenlast f5 ist um das wirksame Gewicht der Walze 7 und die Streckenlast f6 im Arbeits­ spalt 15 um das wirksame Gewicht der Walzen 7 und 8 größer. Angestrebt wird es, daß die Summe der Strecken­ lasten f1 + f2 + f3 der obersten Arbeitsspalte 10, 11 und 12 bei 80% bis 120%, vorzugsweise etwa 100%, der Summe der Streckenlasten f4 + f5 + f6 der drei unter­ sten Arbeitsspalte 13, 14 und 15 liegt.

Zu ähnlichen Ergebnissen führt es, wenn man nicht die Streckenlast in den einzelnen Spalten, sondern die Ver­ weilzeit und die Druckspannung in jedem Arbeitsspalt berücksichtigt, indem die Summe der Produkte für die drei obersten Arbeitsspalte mit der Summe dieser Pro­ dukte für die drei unteren Arbeitsspalte verglichen wird. Auch hier sollte die obere Summe 80% bis 120% der unteren Summe betragen.

Bei dieser Auslegung ist die Behandlung in den drei ersten Arbeitsspalten 10, 11 und 12 der Behandlung in den drei letzten Arbeitsspalten 13, 14 und 15 so stark angenähert, daß auch der Satinageeffekt auf beiden Sei­ ten der Papierbahn weitgehend gleich ist. Eventuell noch notwendige Korrekturen können mit Hilfe unter­ schiedlicher Beheizung der beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 vorgenommen werden.

Als zweckmäßig erwiesen sich Werte der Druckspannung im Arbeitsspalt, insbesondere in den untersten Arbeits­ spalten 12 und 15 jeder Stapelhälfte, zwischen 42 und 60 N/mm². Mit Hilfe der Beheizung H1 bis H4 erhielten die beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 eine Oberflächen­ temperatur zwischen 100 und 150°C. Die Durchmesser der weichen Walzen und die Elastizität ihres Belages 34 waren so gewählt, daß sich eine Spaltbreite von etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm, ergab. Dies führt in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit zu Verweilzei­ ten in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 ms. Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur nur wenig über der unteren Grenze liegt, also bei­ spielsweise bei 110°C, und wenn die Druckspannung nur wenig über der unteren Grenze liegt, beispielsweise bei 50 N/mm². Gegenüber einem 12-Walzen-Kalander genügen daher geringfügige Erhöhungen der thermischen und me­ chanischen Energie, um dieselben Satinierergebnisse mit einem 8-Walzen-Kalander zu erzielen.

Claims (12)

1. Kalander für die zweiseitige Papierbehandlung mit einem Walzenstapel, der eine harte Oberwalze, eine harte Unterwalze und dazwischen weitere harte und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte und einen zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wech­ selspalt aufweist und der durch an den Stapelenden angreifende Kräfte in Stapelrichtung belastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel (1) 8 Walzen (2 bis 9) aufweist, von denen die beiden mittleren Walzen (5, 6) den Wechselspalt (16) bilden, daß eine der Zwischenwalzen (6) eine Biegeeinstellwalze mit Mantelhub ist, deren Mantel (22) durch eine obere druckbelastbare Stützvorrichtung (23) und eine untere druckbelastbare Stützvorrichtung (24) auf einem den Mantel durchsetzenden Träger (25) abgestützt ist, und daß die von der oberen Stütz­ vorrichtung (23) auf den Mantel (22) ausgeübte Stützkraft größer ist als die von der unteren Stützvorrichtung (24) ausgeübten Stützkraft.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden mittleren Walzen (5, 6) als Biegeeinstellwalze ausgebildet ist.

3. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Walze (6) von oben als Biegeein­ stellwalze ausgebildet ist.

4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwalzen (2, 3, 4, 5, 7, 8) mit Ausnahme der Biegeeinstellwalze (6) an Hebeln gelagert sind, die durch Kompensatoren (28) zum Ausgleich überhängender Gewichte belastet sind.

5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Streckenlasten (f1 + f2 + f3) in den Arbeitsspalten (10 bis 12) oberhalb des Wechselspalts (16) 80% bis 120% der Summe der Streckenlasten (f4 + f5 + f6) der Ar­ beitsspalte (13 bis 15) unterhalb des Wechselspalts beträgt.

6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Produkte aus Ver­ weilzeit und mittlerer Druckspannung in den Ar­ beitsspalten (10, 11, 12) oberhalb des Wechsel­ spalts (16) 80% bis 120% der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten (13, 14, 15) unter­ halb des Wechselspalts (16) beträgt.

7. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Walzen (3) Hohlräu­ me (31) enthalten.

8. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen Kunststoffmantel (32) aufweist.

9. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen Man­ tel (32) aus faserverstärktem Kunststoff aufweist.

10. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine harte Walze (2, 4, 7, 9) beheizbar ist.

11. Kalander nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9) beheizbar ist.

12. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9) ebenfalls eine Biegeeinstellwalze ist.