DE3542342A1

DE3542342A1 - Verfahren und anordnung zum kalandern von papier- oder pappebahnen

Info

Publication number: DE3542342A1
Application number: DE19853542342
Authority: DE
Inventors: Hannu Appleton Wis. Mälkiä
Original assignee: Osakeyhtioe Waertsilae Helsinki AB; Wartsila Oy AB
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1986-06-05
Anticipated expiration: 2005-11-30
Also published as: SE466163B; AT387803B; SE8505464D0; US4738197A; FI844730A0; SE8505464L; CA1276829C; DE3542342C2; FI844730L; FI72768B; ATA347085A

Description

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Verfahren und Anordnung zum Kalandern von Papier- oder Pappebahnen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Glätte und Glanz in Papier- oder Pappe- bzw. Kartonbahnen in einem Kalander dadurch erzeugt werden soll, daß eine Bahn durch heiße Walzenspalte zwischen zusammenwirkenden Walzen unterschiedlicher Härte und einstellbarer Temperaturen hindurchgeleitet wird, wo ein Kalandern der Bahn mit Temperaturgefälle aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen der Bahn und den Walzen erfolgt. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, mit der das Verfahren durchgeführt wird.

Die Oberfläche einer mittels einer Papiermaschine hergestellten Bahn aus Pappe, Karton oder Papier ist immer etwas ungleichmäßig und rauh nach dem Trocknen. Für Papiere hoher Qualität besteht jedoch das Erfordernis, daß sie guten Glanz und Glätte sowie eine gleichmäßige Dicke haben. Diese Eigenschaften erhält man durch eine Behandlungsart, das sogenannte Kalandern, welches nach dem Trocknen vorgenommen wird. Es ist allgemein bekannt, daß es zwei Hauptarten von Kalandern gibt, nämlich Stapel aus einer Anzahl von harten Walzen, die in Lagern drehbar gelagert sind und harte WaI-zenspalte bilden, durch die die zu behandelnde Bahn hindurchgeleitet wird, sowie Hochglanzkalander, bei denen einige Walzen weich und beispielsweise mit einem fasrigen Werkstoff oder Gummi bedeckt sind. Durch Kalandern erhält das Papier seine Glätte im wesentlichen allein durch Kompression des Papiers in senkrechter Richtung zur Papierebene. Der Glanz entsteht durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Bahn und der Oberfläche der Walzen, und durch das bei dieser unterschiedlichen Geschwindigkeit auftretende Rutschen und die Reibung entsteht der gewünschte Glanz bzw. das Satinieren. Zusätzlieh zur Erzeugung von Glanz und Glätte gehört zu den wichtigen Funktionen des Kalanderns auch die, der Bahn eine bestimmte Dicke (Güte) zu geben, mögliche Unterschiede in der Dicke auszugleichen, und dem Papier eine bessere Qualität zum Bedrucken zu geben und dgl.

Das Kalandern ist in erster Linie für Schreib- und Druckpapiere nötig. Für gewöhnliche Schreibpapiere und Papiere, die hauptsächlich mit Text bedruckt werden, reicht meistens das Maschinenfinishing eines Kalanders mit in einem Stapel angeordneten Walzen aus. Wenn hingegen für das Papier das Bedrucken mit verschiedenen Farben vorgesehen ist, muß die Oberfläche des Papiers eine größere Glätte und höheren Glanz aufweisen, und deshalb ist eine Behandlung in einem Hochglanzkalander nötig.

Häufig sind Walzen-Stapel in einer sogenannten Maschinen-"Anbau"-Anordnung

in unmittelbarem Anschluß an eine Papiermaschine vorgesehen. Besonders bei hohen Antriebsgeschwindigkeiten werden jedoch Faserwalzen eines Hochglanzkalanders leicht beschädigt, so daß meistens zwei getrennte Hochglanzkalander im' Anschluß an eine Papiermaschine als sogenannte "maschinenferne" Vorrichtungen vorgesehen sind. Es sind auch Hochglanzkalander als Aufbau an die Papiermaschine entwikkelt worden, die sich jedoch noch nicht durchgesetzt haben, weil sie für die Erzeugung des sogenannten Hochglanzes zu wünschen übriglassen.

Die Auswirkung, die das Kalandern auf eine Bahn hat, hängt von verschiedenen Faktoren ab, zu deren wichtigsten die folgenden gehören;

~ <3.^er lineare Druck im Walzenspalt, die Temperatur der Walzen,

- die Temperatur der Bahn,

- die Anzahl der Walzenspalte,

- der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn, - die Geschwindigkeit der Maschine.

Die Temperatur einer Papierbahn steigt aufgrund der erwärmten Walzen oder der in den Walzenspalten auftretenden Reibung im Verlauf des Verfahrens, was von Vorteil ist für ein leichtes Kalandern des Papiers. Anders ausgedrückt heißt 4as, daß bei einem gewissen linearen Druck ein größerer Glanz und eine geringere Rauheit und ölabsorption bei einer

höheren Temperatur erzielt wird. In einem herkömmlichen Hochglanzkalander wird das Papier wärmer, bis sich die Erwärmung etwa in der Mitte der vertikal übereinander angeordneten Walzen einebnet, wo die Temperatur des Papiers ca. 70 bis 80° C und die Temperaturen der Walzen ca. 70° C betragen. Ein Nachteil des Temperaturanstiegs besteht in der dadurch verursachten Zunahme der Papierdichte und einer wesentlichen Verringerung des Lichtstreuungsbeiwerts. Durch die Erhöhung der Dichte wird die Plastizität des Papiers reduziert, während die Verringerung des Lichtstreuungsbeiwerts, d. h. der Transparenz des Papiers insbesondere für zweiseitiges Bedrucken von Nachteil ist.

Wenn eine kalte Papierbahn durch einen heißen Walzenspalt in einem Kalander geführt wird, wird die Papierbahn an ihren beiden Außenflächen in dem Walzenspalt erwärmt. Allerdings ist die Berührungszeit im Walzenspalt zu kurz, als daß auch die Mittelschicht des Papiers warm werden könnte. Infolgedessen entsteht das sogenannte Kalandern mit Temperaturgefälle. Das bedeutet, daß die Oberflächenschichten des Papiers in einem solchen Walzenspalt stärker durch die Kompression im Walzenspalt kalandert werden als die kalte Mittelschicht. Im fertigen Papier hat das zur Folge, daß bei einem bestimmten Niveau an Glätte und Glanz die Dichte des Papiers geringer ist als sie es bei einem gleichförmigen Temperaturprofil wäre. Ein Verfahren des Kalanderns mit Temperaturgefälle dieser Art ist z. B. in der veröffentlichten Zeitschrift "Tappi Journal", Oktober 1982, SS. 97-101 dargestellt.

Ein Nachteil des bekannten Verfahrens des Kalanderns mit Temperaturgefälle besteht darin, daß die Bahn in Richtung der Dicke zu stark erwärmt wird, wenn nacheinander mehrere erwärmte Walzen benutzt werden. Aus diesem Grund muß die Temperatur der Walzen sehr hoch sein, um einen ausreichend großen Temperaturunterschied zwischen der Bahn und den WaI-zen zu erhalten. Das wiederum führt zu teilweisem Verlust der Vorteile des Kalanderns gemäß diesem Verfahren, weil der Unterschied im Ausmaß des Kalanderns der Oberflächen- und

Mittelschichten der Papierbahn bei hoher Temperatur schwer zu steuern ist.

Wegen der nötigen hohen Temperatur hat das bekannte Verfahren den weiteren Nachteil, daß es sich für das Hochglanzka-S !andern wenig eignet. In einem Hochglanzkalander sind nämlich die weichen Walzen, die mit fasrigem Werkstoff beschichtet sind, sehr empfindlich und werden beschädigt und übermäßig stark verschlissen, wenn die Temperatur ansteigt. Aus diesem Grund sollte die Oberflächentemperatur herkömmli-1.0 eher weicher Walzen 90 bis 100° C nicht übersteigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Verfahrens des Kalanderns mit Temperaturgefälle den Wirkungsgrad zu erhöhen und mit einer unkomplizierten Anordnung einen geeigneten Temperaturunterschied zwischen der Bahn und der Oberfläche der Walzen zu erzielen.

Pie Erfindung beruht auf der Einsicht, daß das Kalandern mit Temperaturgefälle wirksamer gemacht und für das Hochglanzkalandern angewandt werden kann, wenn aus der Temperatur der Papierbahn eine unabhängig steuerbare Variable für das Kalindern gemacht werden kann. Der Temperaturunterschied zwischen der Bahn und der für das Kalandern mit Temperaturgefälle benutzten Walze wird unter Vorherrschen von erheblich niedrigeren Temperaturen erreicht, und damit ist es wahrscheinlich, die Wirkung und Qualität beim Kalandern zu erhöhen. Bei einem solchen Verfahren ist es außerdem möglich, bei in vertikaler Anordnung vorgesehenen Walzen einige be-Jieizte Walzen hintereinander vorzusehen. Im Vergleich zu einem auf herkömmliche Weise hergestellten Papier können mit dem Verfahren des Kalanderns gemäß der Erfindung unter anderem folgende Vorteile erzielt werden:

Die Dichte des Papiers bleibt geringer und ändert

sich in Richtung der Dicke so, daß die Dichte der

Oberflächenschicht bedeutend höher ist als die Dichte der Mittelschicht.

Es wird eine größere Glätte an der Oberfläche erhalten .

- Es wird ein besserer Glanz erzielt, d. h. die Glätte auf Mikroniveau ist auch besser. - Im Endergebnis entsteht weniger Lichtstreuung.

Es werden bessere Druckqualitäten erhalten, weil die Druckfarbe weniger stark absorbiert wird. Außerdem werden für ein bestimmtes Niveau der Papierdichte höhere Werte an Festigkeit des Papiers erzielt.

Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 aufgeführt. Dadurch, daß die Temperatur der Bahn einstellbar ist, ehe die Bahn in einen heißen Walzenspalt einläuft, kann der Wirkungsgrad beim Kalandern mit Temperaturgefälle erhöht und ein geeigneter Temperaturunterschied zwischen der Bahn und den erwärmten Walzen auf geeignetem Niveau erreicht werden. Das bedeutet, daß die Papierbahn in an sich bekannter Weise gekühlt wird, ehe sie in einen Spalt zwischen Walzen eingeführt wird, die mit einer Temperiervorrichtung versehen sind. So kann der Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen- und Mittelschichten des Papiers in den verschiedenen Walzenspalten frei gewählt werden, weil die Bahntemperatur und die Oberflächentemperatur der Walzen getrennt steuerbar ist. Das Abkühlen der Bahn erfolgt entweder mit Hilfe von zum Hochglanzkalander gehörenden Entnahme-, Schwenk- oder Führungswalzen oder durch Anordnung gesonderter Kühlwalzen oder -zylinder. Das Kühlen kann auch dadurch erfolgen, daß ein kalter Gas- oder Flüssigkeitsstrahl auf die Bahn gerichtet wird. Erfolgt das Kühlen mittels eines Flüssigkeits-Strahls, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die gleiche Vorrichtung zum Kalandern mit Gefälle auf der Basis unterschiedlicher Feuchtigkeitsgehalte unterschiedlicher Schichten in der Dicke der Papierbahn benutzt werden kann. Der Flüssigkeitsstrahl muß dabei so auf die Bahn gerichtet sein, daß nur die Oberflächenschicht des Papiers Zeit hat, um die Flüssigkeit zu absorbieren, ehe die Bahn in den Walzenspalt einläuft.

Die Anordnung der Kühlwalzen und anderer entsprechender Kühlvorrichtungen muß so getroffen sein, daß der Abstand ^wischen der jeweiligen Kühlvorrichtung und dem Walzenspalt ausreichend groß ist, um das Temperaturprofil über die Dikj5 ke einer Papierbahn hinweg vor dem Walzenspalt auszugleichen. ViGX richtige Abstand wird also nicht nur von der Geschwindigkeit der Bahn sondern auch vom Ausmaß des Kühlens beeinflußt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Hochglanzkalanders und ein in Längsrichtung der Walzenanordnung und einer Papierbahn gemessenes Temperaturprofil. ; Fig. 2 ein Temperaturprofil in Richtung der Dicke der Papierbahn in einem Kalander gemäß Fig. 1; Ifig. 3 das gewünschte Temperaturprofil bei einem Kalander gemäß der Erfindung;

FSg- 4 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung.

Bei einem herkömmlichen Hochglanzkalander, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine Bahn 1 aus Papier oder Pappe in die vertikale Anordnung der Walzen des Hochglanzkalanders eingeführt, der aus Walzen aus Hartguß bzw. Kokillenguß oder aus Stahlwalzen 2 sowie aus Walzen mit weichen Fasern oder '©ammiwalzen 3 besteht, die der Reihe nach übereinander angeordnet sind. Die Bewegung der Bahn 1 durch die zwischen den Walzen gebildeten Walzenspalte wird mit Hilfe von Entnahme- oder Führungswalzen 4 geführt. Von einer Papiermaschine zugeführtes kaltes Papier beginnt im Hochglanzkalander wärmer zu werden, bis sich die Erwärmung etwa in der Mitte der übereinander angeordneten Walzen einebnet. Hierdurch erreicht die an die Papierbahn in den Walzenspalten übertragene Wärmemenge einen Ausgleich mit der Abkühlung, die zwischen den Walzenspalten erfolgt und unter anderem

durch Verdampfung hervorgerufen wird. In Fig. 1 zeigt die Linie a das Temperaturprofil der Walzen an verschiedenen Meßpunkten und die Linie b die entsprechende Temperatur der Bahn. Die Temperatur der Papierbahn ist in Richtung der Dikke der Bahn gleichmäßig. Bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Hochglanzkalander sind die Walzen nicht erwärmt, ihre Temperatur entsteht hauptsächlich durch Reibung. Dadurch ergibt sich ein Temperaturprofil in Richtung der Dicke der Bahn entsprechend Fig. 2. Bei Verwendung erwärmter WaI-zen und warmer Walzenspalte steigt die Temperatur der Bahn dementsprechend.

In Fig. 3 ist das gewünschte Temperaturprofil durch die Dikke einer Papierbahn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Durch Abkühlen einer Bahn, so daß ihre Temperatur beim Einlauf in einen Walzenspalt nicht über 70° C, vorzugsweise nicht über 50° C liegt, kann ein zufriedenstellendes Kalandern mit Temperaturgefälle schon bei Benutzung von Walzen erzielt werden, deren Temperatur 100° C beträgt. Beim Verlassen des Walzenspaltes ebnet sich die Temperatur der Bahn auf ca. 70 bis 80° C ein. Wenn die Bahn danach einem weiteren Walzenspalt mit Gefälle zugeführt wird, geht dieser Behandlung ein Abkühlen der Bahn voraus.

Das Abkühlen kann mit Hilfe von Entnahme- oder Führungswalzen 4 gemäß Fig. 1 erfolgen, die mit einer bekannten Kühlvorrichtung ausgestattet sind, welche auf innerem Wasserumlauf oder einem ähnlichen Verfahren beruht. Das Kühlen einer Walze kann auch von außen z. B. dadurch erfolgen, daß ein kalter Flüssigkeitsstrahl auf die Walze gerichtet oder Gas auf die Walze geblasen wird.

Die Kühlkapazität kann durch Anordnung getrennter Kühlwalzen 5 oder Zylinder von größerem Durchmesser von der in Fig. 4 gezeigten Art erhöht werden. Wenn dann im Zusammenhang mit einer Kühlwalze 5 Führungswalzen 6 angeordnet werden, kann

die Berührungsfläche zwischen der Bahn und der Kühlwalze vergrößert werden, was das Kühlen noch wirksamer macht.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Kühlsystems, welches mit dem Aufblasen von Luft oder mit Flussigkeitsstrahlen arbeitet. Das erwünschte Kühlen wird hier mit Vorrichtungen 7 erreicht, die Dampfsprüh- oder Gasblasrohre aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt sondern läßt sich in verschiedener Hinsicht abwandeln. So kann z. B. eine erfindungsgemäße Anqrdnung mit einer Steuervorrichtung gemäß US-PS 4 370 92 3 kombiniert werden, um eine exakte Steuerung der Temperaturen zu ermöglichen.

Claims

Zipse&Habersack Kemnatenstraße 49, D-8000 München 19 beim Europäischen Patentamt Telefon (089) 17 0186, Telex (07) 81307 zugelassene Vertreter OY WÄRTSILÄ AB WA 9 3 FI-OOlOl Helsinki , 1985-11-29 Patentansprüche

1. Verfahren zum Erzielen von Glätte und Glanz in Papier- oder Pappebahnen in einem Kalander, bei dem eine Bahn durch heiße Walzenspalte geleitet wird, die zwischen zusammenwirkenden Walzen unterschiedlicher Härte und einstellbarer Temperaturen gebildet sind, wobei ein Kalandern der Bahn mit Temperaturgefälle aufgrund des zwischen der Bahn und den Walzen bestehenden Temperaturunterschieds erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur der Bahn vor dem Einlauf der Bahn in den heißen Walzenspalt einstellbar ist, um den Wirkungsgrad des Kalanderns mit Gefälle zu erhöhen und einen entsprechenden Temperaturunterschied zwischen der Bahn und den erwärmten Walzen zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Bahn so abgekühlt wird, daß ihre Temperatur beim Einlaufen in den Walzenspalt nicht über 70° C, vorzugsweise nicht über 50° C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturunterschied im Walzenspalt zwischen der Bahn und den Walzen mindestens 30° C, vorzugsweise mindestens 40° C beträgt.

4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlen der Bahn durch Abkühlen von zum Kalander gehörenden Entnahmeoder Führungswalzen (4), die die Bahn vor dem Eintreten in den Walzenspalt durchläuft, oder dadurch erfolgt, daß die Bahn vor dem Einlaufen in den Walzenspalt durch gesondert

Hohlwalzen (5) oder Zylinder geführt wird.

5. !Anordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlen der Entnahme- oder Führungswalzen (4) oder der ge sonder tenKühl-5?walzen (5) entweder mittels einer internen Kühlvorrichtung auf der Basis eines Wasserumlaufs oder eines entsprechenden Systems erfolgt oder durch externes Kühlen mittels Vorrichtungen, welche Gas aufblasen, Flüssigkeitsstrahlen oder dgl. abgeben.

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6. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlen der Bahn dadurch erfolgt, daß ein kalter Gas- oder Flüssigkeitsstrahl auf die Bahn gerichtet wird.

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7. Anordnung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe Anordnung auch zum Kalandern mit Gefälle auf der Basis eines Unterschieds im Feuchtigkeitsgehalt einzelner Lagen in der Dicke einer Bahn benutzbar ist.