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Maschinenkalander mit veränderlicher Walzenanzahl
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Maschinenkalander, der Teil
eines kontinuierlichen Vorganges zur Erzeugung von Papiersorten ist, die im allgemeinen
verschiedenartig sind. Die rotierenden Teile eines Kalanders bestehen aus einer
bombierten Unterwalze und aus mehreren, darüberliegenden Zwischerlwalzen, deren
Zapfenenden nach oben gerichteten Kräfte durch eine an sich bekannte Vorrichtung
- "nipselief" auf Anerikanisch genannt - ausgesetzt werden können.
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Der Naschinenkalander oder Glättwerk wird zwischen Trockenpartie und
Aufroller einer Papiermaschine aufgestellt, und sein ffauptzweck besteht darin,
die Papierbahndicke zu uniformieren und die Oberflächeneigenschaften der Papierbahn,
insbesondere deren Glätte, zu verbessern.
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Die Wirkung des Glättwerkes auf das Papier hängt von vielen Faktoren
ab, wie z. B. vom Papierstoff, vom Trockengehalt der Bahn vor dem Kalander selbst,
von der Anzahl der Zwischenwalzen, die die Anzahl der Durchgänge der Papierbahn
durch den Kalander bestimmen, vom Zwischenwalzengewicht, von der Walzentemperatur
und von der Papiermaschinengeschwindigkeit. In solchen Fällen, wo mehrere Papierarten
oder Papiere mit verschiedenen Trockengehalten zu erzeugen sind, ist es erforderlich,
die Anzahl der Zwischenwalzen zu ändern. Das führt zu Schwierigkeiten, die ohne
Verwendung kostspieliger, spezieller Walzen - besonders in der unteren Position
- nicht befriedigend zu überwinden sind.
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Die Belastungskonfiguration verursacht eine Durchbiegung der unteren
Walze und der darüberliegenden Zwischenwalzen, die unregelmäßige Liniendrücke zwischen
den Walzen und auch eine Zugdifferenz zwischen Mitte und Ränder der Papierbahn nach
dem Kalander verursachen. Es wird dann erforderlich, die Durchbiegung so klein wie
möglich zu halten, um diese Nachteile zu vermeiden.
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In einem Kalander mit fester Walzenanzahl wird daher die Unterwalze
bombiert und alle Gewichte der Walzenteile, die außer der Bahnbreite sind, durch
die "nipselief"-Vorrichtung ausgeglichen, so daß alle Berührungslinien zwischen
den Walzen gerade und waagerecht während des Arbeitsvorganges resultieren.
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Muß man die Walzenanzahl an verschiedenartige Papiers orten anpassen,
wird es dann notwendig, die Bombierung der unteren Walze zu ändern, was durch Anwendung
spezieller - der sogenannten "schwimmenden Walzen" - stattfinden kann.
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In einem Kalander, dessen Walzenanzahl nicht konstant ist, werden
dann eine oder mehrere schwimmende Walzen angewandt, die - obwohl ganz funktionsfähig
- die Nachteile aufweisen, sehr kostspielig zu sein und einen ziemlich hohen Energieaufwand
zum Kalanderantrieb zu verlangen.
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In einem Glättwerk sind traditionell die Durchmesser der Zwischenwalzen
verhältnismäßig klein, alle einander gleich mit der Ausnahme der oberen und der
untersten Walze, die manchmal erheblich größer als die anderen sein können.
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Wie allgemein bekannt, werden einige Papiersorten als maschinenglatt
verwendet, und falls ein höherer Glättengrad erwünscht wird, ist eine weitere Behandlung
in einem Superkalander erforderlich.
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Zweck der vorhandenen Erfindung ist es, ein Glättwerk zu schaffen,
in dem die Anzahl der Zwischenwalzen verändert werden kann, ohne daß man eine schwimmende
Walze in der unteren Position verwendet und das dem Papier eine zusätzliche Glätte
und einen Glanz verleihen kann, die gewöhnlich eine weitere Behandlung in einem
Superkalander erfordern.
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Die Erfindung geht von der überraschenden Feststellung aus, daß die
Schwierigkeiten, denen bis jetzt begegnet wurde, aus der Tat herstammen, daß die
konventionelle Geometrie des Glättwerkes praktisch unverändert blieb. Die Hauptcharakteristik
der Erfindung besteht darin, die Geometrie des Glättwerkes so zu ändern, daß der
Betrieb mit veränderlicher Walzenanzahl mit einer konventionellen Unterwalze ermöglicht
wird und dazu, daß der Papierbahn eine zusätzliche Glätte in der Papiermaschine
verliehen wird.
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Die neue Geometrie ist durch drei Walzen charakterisiert, die auf
der unteren Walze liegen, eine ständige Gestaltung des Glättwerkes bilden, alle
einander identisch sind, einen großen Durchmesser und eine verhältnismäßig große
Bohrung aufweisen.
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Wenn in einem Vierwalzenkalander, der eine Betriebskonfiguration mit
der niedrigsten Walzenanzahl bildet, die Außengewichte durch die "nipselief"-Vorrichtung
ausgeglichen werden und die untere Walze eine entsprechende Bombierung erhält, dann
resultieren alle Berührungslinien zwischen den Walzen waagerecht und gerade.
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Andere Betriebskonfigurationen, die zusätzliche, kleinere Walzen einschließen
(5-6-7-8-Walzenkalander), erfordern eine geeignete Verstärkung der nach oben gerichteten
Kräfte, die den Zapfenenden aller Walzen ausgesetzt sind, um das zusätzliche Gewicht
über der unteren Walze teilweise aus zu
gleichen. Wegen der großen
Steifigkeit der drei sündigen Walzen wird eine Durchbiegung der Berührungslinien
stattfinden, die vernachlässigbar klein ist; denn äe steifer die ständigen Walzen,
desto kleiner ist die Durchbiegung.
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Um die erwähnte Durchbiegung minimal zu halten, besonders wenn man
den ganzen Betriebsbereich ausnützen will, kann es vorteilhafter sein, die untere
Walze für eine Zwischenkonfiguration zu bombieren. In diesem Fall werden die Ausgleichskräfte
verstärkt, wenn die Walzenanzahl zunimmt oder reduziert, wenn einige der zusätzlichen
Walzen entnommen werden.
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Der zweite Zweck der vorhandenen Erfindung (Erhaltung einer zusätzlichen
Glätte in der Papiermaschine selbst) kann verwirklicht werden, da wegen des Durchmessers
und der Steifigkeit der ständigen Walzen eine oder zwei seitlich anliegende Glättwalzen
eingebracht werden können, die auf eine oder beide Seiten der Papierbahn gedrückt
werden, so daß eine Reibung zwischen Glättwalze und Papierbahn entsteht, deren Glätte
und Glanz verbessert werden.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen.
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Dank den Erfindungseigenschaften wird die Belastungsvariation auf
der unteren Walze, wenn die Anzahl der darüberliegenden, zusätzlichen Walzen variiert,
keine Änderung der Bombierung dieser Walze erfordern und die Durchbiegung der Berührungslinien
zwischen den Walzen während des Betriebes, dieselbe Größenordnung der Abweichungen
aufweisen, die wegen einer gewissen Unbestimmtheit von spezifischem Gewicht und
Elastizitätsmodul
der Walzen wahrscheinlicn sind.
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Weitere Vorteile der neuen Kalandergeometrie sind die folgenden: 1.
Wegen der verhältnismäßig großen Bohrung der ständigen Walzen findet ein besserer
Wärmeübergang statt, was die Regulierung der Papierrollenhärte durch Blasen von
kalter Luft und die Behandlung temperaturempfindlicher Papiersorten erleichtert.
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2. In Zusammenhang mit dem großen Durchmesser der Walzen ist die äußere
harte Schicht der Walzen tiefer, was eine längere Lebensdauer derselben gewährleistet.
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Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß, obwohl die Bohrung der
Walzen erheblich größer als normal ist, auf keinen Fall die Wandstärke der Walzen
so reduziert werden darf, daß eine dimensionelle Unstabilität der Walzen -ob während
des Schleifens oder im Betrieb - eintreten kann.
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Um eine leichtere Orientierung zu ermitteln, wurden in den beigefügten
Zeichnungen einige Realisierungsgestaltungen schematisch dargestellt und deren Abweichungen
von einem traditionellen Kalander betont: Fig. 1 stellt schematisch einen konventionellen
Achtwalzenkalander dar, Fig. 2 stellt einen der Erfindung nach gestalteten Kalander
dar, der mit einer bombierten Unterwalze, drei ständigen Walzen und ein oder zwei
Paaren etwaiger zusätzlicher, kleinerer Walzen versehen ist, Fig. 3 stellt einen
Kalander mit der neuen Geometrie dar, wo die nip-relief"-Vorrichtungen eingezeichnet
wurden,
Fig. 4 stellt den in Fig. 2 gezeichneten Kalander dar,
der mit zwei seitlich anliegenden Glättwalzen versehen ist.
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In Bezug auf Fig. 1 besteht ein konventionelles Glättwerk aus einer
bombierten Unterwalze und daraufliegend aus einer bestimmten Anzahl Zwischenwalzen
(im Beispiel: sieben); zwei davon weisen manchmal einen etwas größeren Durchmesser
auf: die obere und/oder die unterste. Die mit dieser Geometrie verbundenen Schwierigkeiten,
die dann auftreten, wenn man eine Änderung der Belastung auf der unteren Walze durch
den "nip-relief" allein auszugleichen wünscht, wurden früher erwähnt. Es ist praktisch
unmöglich - wenn der Betriebsbereich groß genug ist - die Durchbiegung der Berührungslinien
zwischen den Walzen unschädlich klein zu halten.
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In Bezug auf Fig. 2 darf die untere bombierte Walze in einem der Erfindung
gemäß gestalteten Kalander der unteren Walze eines konventionellen Kalanders derselben
Breite wesentlich gleich sein; die drei ständigen Walzen jedoch unterscheiden sich
durch den großen Durchmesser und die grössere Bohrung. Die zusätzlichen Walzen dürfen
gleich den gewöhnlichen Walzen sein - was im Falle eines Umbaues vorteilhaft sein
kann.
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Wie es aus Fig. 3 abzuleiten ist, sind alle Zwischenwalzen 6 und 7
mit Traggestellen 8 durch Hebel verbunden, deren Drehpunkte an den Gestellen befestigt
sind. Auf einem Ende jedes Hebels sind die Wälzlagerhäuser 9 der Walzen enthalten,
während auf dem anderen sich die entsprechenden "niprelief" -Vorrichtungen 10,11
befinden.
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Die Dimensionierung der unteren Walze findet in Funktion der Maschinenbreite
statt,und der Betrieb kann entweder mit den drei ständigen Walzen 6 allein oder
mit 3+n Zwischenwalzen
6,7 stattfinden, wo bevorzugt n=2 oder
n=4 ist. Die ständigen Walzen werden so dimensioniert, daß ihr gesamtes Gewicht
dem gewünschten Liniendruck auf die untere Walze ungefähr entspricht. Um die mechanische
Wirkung auf die Papierbahn nicht zu reduzieren, wird jedoch der maximale Druck (kg/cm2),
, der der Papiersorte entspricht, konstant gehalten. Es ist außerdem wünschenswert,
die Hartgußwalzen mit flanschierten Stahlzapfen auszuführen, um eine Ubereinstimmung
der Deformierungsprofile der ganzen Arbeitsbreite entlang zu gewährleisten.
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Was die zusätzlichen Walzen 7 betrifft, sind keine speziellen Maßnahmen
erforderlich. Wenn es sich um einen neuen Kalander handelt, ist es bevorzugt, auch
die untere Walze etwas größer als die entsprechenden Walzen eines konventionellen
Achtwalzenkalanders derselben Breite auszuführen.
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Man hat so die Grundprinzipien erklärt, wodurch ein Fachmann zur ersten
Realisierung der Erfindung gelangen kann.
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Die anderen möglichen Konfigurationen bieten keine Schwierigkeit dar.
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Der in Fig. 4 schematisierte Kalander ist mit zwei zusätzlichen, an
die Walzen 6 seitlich angebrachten, Glättwalzen 12 versehen. Diese Walzen sind mittels
der Vorrichtungen 14 gegen die Papierbahn angepreßt und deren Umfangsgeschwindigkeit
durch 15 so reguliert, daß eine Reibung zwischen Glättwalzen und Papierbahn entsteht,
was, in Zusammenhang mit dem Papierfeuchtigkeitsgehalt und mit der Walzentemperatur,
auf beide Seiten der Papierbahn eine zusätzliche Glätte und einen Glanz beibringt.
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Im Falle einer einseitigen, zusätzlichen Glätte wird nur eine Glättwalze
verwendet.
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Die Glättwalzen können entweder aus feingeschliffenem
(100
ym) Hartguß oder mit einem geeigneten Überzug versehen werden. In beiden Fällen
sind sie bombiert.
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Da die Rolle, die die Walzentemperatur bei allen Betriebskonfigurationen
spielen kann, entscheidender Natur ist, wird es erforderlich sein, eine Selbstregulierung
der Temperatur selbst vorzunehmen.
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Um eine größere Betriebs- und Bedienungsflexibilität zu gewährleisten,
werden außerdem die Gruppen 12,14,15 abmontierbar eingebaut.