DE3542342C2 - Verfahren und Anordnung zum Kalandern von Papier- oder Pappebahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, mit der das Verfahren durchgeführt wird.

Die Oberfläche einer mittels einer Papiermaschine herge­ stellten 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 so­ genannte 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 Wal­ zenspalte bilden, durch die die zu behandelnde Bahn hindurch­ geleitet 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 senk­ rechter Richtung zur Papierebene. Der Glanz entsteht durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Bahn und der Oberfläche der Walzen, und durch das bei dieser unterschied­ lichen Geschwindigkeit auftretende Rutschen und die Reibung entsteht der gewünschte Glanz bzw. das Satinieren. Zusätz­ lich zur Erzeugung von Glanz und Glätte gehört zu den wich­ tigen Funktionen des Kalanderns auch die, der Bahn eine be­ stimmte 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 Druck­ papiere 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 vorgese­ hen ist, muß die Oberfläche des Papiers eine größere Glätte und höheren Glanz aufweisen, und deshalb ist eine Behand­ lung 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 "maschi­ nenferne" Vorrichtungen, vorgesehen sind. Es sind auch Hochglanzkalander als Aufbau an die Papiermaschine entwic­ kelt worden, die sich jedoch noch nicht durchgesetzt haben, weil sie für die Erzeugung des sogenannten Hochglanzes zu wünschen übrig lassen.

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

• - der 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 erwärm­ ten Walzen oder der in den Walzenspalten auftretenden Rei­ bung im Verlauf des Verfahrens, was von Vorteil ist für ein leichtes Kalandern des Papiers. Anders ausgedrückt heißt das, 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 Er­ wärmung etwa in der Mitte der vertikal übereinander ange­ ordneten Walzen einebnet, wo die Temperatur des Papiers ca. 70 bis 80°C und die Temperaturen der Walzen ca. 70°C be­ tragen. Ein Nachteil des Temperaturanstiegs besteht in der dadurch verursachten Zunahme der Papierdichte und einer we­ sentlichen Verringerung des Lichtstreuungsbeiwerts. Durch die Erhöhung der Dichte wird die Plastizität des Papiers re­ duziert, während die Verringerung des Lichtstreuungsbeiwerts, d. h. der Transparenz des Papiers insbesondere für zweisei­ tiges 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. Infolge­ dessen entsteht das sogenannte Kalandern mit Temperaturge­ fälle. 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 be­ stimmten Niveau an Glätte und Glanz die Dichte des Papiers geringer ist als sie es bei einem gleichförmigen Temperatur­ profil wäre. Ein Verfahren des Kalanderns mit Temperaturge­ fälle dieser Art ist z. B. in der veröffentlichten Zeit­ schrift "Tappi Journal", Oktober 1982, SS. 97-101 darge­ stellt.

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 Wal­ 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 Verfah­ ren den weiteren Nachteil, daß es sich für das Hochglanzka­ landern wenig eignet. In einem Hochglanzkalander sind näm­ lich die weichen Walzen, die mit fasrigem Werkstoff beschich­ tet sind, sehr empfindlich und werden beschädigt und über­ mäßig stark verschlissen, wenn die Temperatur ansteigt. Aus diesem Grund sollte die Oberflächentemperatur herkömmli­ cher weicher Walzen 90 bis 100°C nicht übersteigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachtei­ le des bekannten Verfahrens des Kalanderns mit Temperatur­ gefälle den Wirkungsgrad zu erhöhen und mit einer unkompli­ zierten Anordnung einen geeigneten Temperaturunterschied zwischen der Bahn und der Oberfläche der Walzen zu erzielen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Einsicht, daß das Kalandern mit Temperaturgefälle wirksamer gemacht und für das Hochglanz­ kalandern angewandt werden kann, wenn aus der Temperatur der Papierbahn eine unabhängig steuerbare Variable für das Ka­ landern gemacht werden kann. Der Temperaturunterschied zwi­ schen der Bahn und der für das Kalandern mit Temperaturge­ fälle benutzten Walze wird unter Vorherrschen von erheblich niedrigeren Temperaturen erreicht, und damit ist es wahr­ scheinlich, die Wirkung und Qualität beim Kalandern zu er­ höhen. Bei einem solchen Verfahren ist es außerdem möglich, bei in vertikaler Anordnung vorgesehenen Walzen einige be­ heizte Walzen hintereinander vorzusehen. Im Vergleich zu einem auf herkömmliche Weise hergestellten Papier können mit dem Verfahren des Kalanderns gemäß der Erfindung unter ande­ rem 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 er­ halten.
• - Es wird ein besserer Glanz erzielt, d. h. die Glät­ te 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 Pa­ pierdichte höhere Werte an Festigkeit des Papiers er­ zielt.

Dadurch, daß die Temperatur der Bahn einstell­ bar 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 bekann­ ter Weise gekühlt wird, ehe sie in einen Spalt zwischen Wal­ zen eingeführt wird, die mit einer Temperiervorrichtung ver­ sehen 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 gerich­ tet 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 Wal­ zenspalt einläuft.

Die Anordnung der Kühlwalzen und anderer entsprechender Kühlvorrichtungen muß so getroffen sein, daß der Abstand zwischen der jeweiligen Kühlvorrichtung und dem Walzenspalt ausreichend groß ist, um das Temperaturprofil über die Dic­ ke einer Papierbahn hinweg vor dem Walzenspalt auszugleichen. Der richtige Abstand wird also nicht nur von der Geschwin­ digkeit der Bahn sondern auch vom Ausmaß des Kühlens beein­ flußt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Hochglanzka­ landers und ein in Längsrichtung der Walzenanordnung und einer Papierbahn gemessenes Temperaturprofil

Fig. 2 ein Temperaturprofil in Richtung der Dicke der Pa­ pierbahn in einem Kalander gemäß Fig. 1;

Fig. 3 das gewünschte Temperaturprofil bei einem Kalander gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Er­ findung;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung ge­ mäß 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 Gummiwalzen 3 besteht, die der Reihe nach übereinander an­ geordnet sind. Die Bewegung der Bahn 1 durch die zwischen den Walzen gebildeten Walzenspalte wird mit Hilfe von Ent­ nahme- oder Führungswalzen 4 geführt. Von einer Papierma­ schine zugeführtes kaltes Papier beginnt im Hochglanzkalan­ der wärmer zu werden, bis sich die Erwärmung etwa in der Mitte der übereinander angeordneten Walzen einebnet. Hier­ durch 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 Dic­ ke der Bahn gleichmäßig. Bei dem in Fig. 1 gezeigten her­ kömmlichen Hochglanzkalander sind die Walzen nicht erwärmt, ihre Temperatur entsteht hauptsächlich durch Reibung. Da­ durch ergibt sich ein Temperaturprofil in Richtung der Dicke der Bahn entsprechend Fig. 2. Bei Verwendung erwärmter Wal­ zen und warmer Walzenspalte steigt die Temperatur der Bahn dementsprechend.

In Fig. 3 ist das gewünschte Temperaturprofil durch die Dic­ ke einer Papierbahn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt.

Durch Abkühlen einer Bahn, so daß ihre Temperatur beim Ein­ lauf in einen Walzenspalt nicht über 70°C, vorzugsweise nicht über 50°C liegt, kann ein zufriedenstellendes Kalan­ dern mit Temperaturgefälle schon bei Benutzung von Walzen erzielt werden, deren Temperatur 100°C beträgt. Beim Ver­ lassen des Walzenspaltes ebnet sich die Temperatur der Bahn auf ca. 70 bis 80°C ein. Wenn die Bahn danach einem weite­ ren Walzenspalt mit Gefälle zugeführt wird, geht dieser Be­ handlung ein Abkühlen der Bahn voraus.

Das Abkühlen kann mit Hilfe von Entnahme- oder Führungswal­ zen 4 gemäß Fig. 1 erfolgen, die mit einer bekannten Kühl­ vorrichtung ausgestattet sind, welche auf innerem Wasserum­ lauf 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 Kühlwal­ zen 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 Flüssigkeitsstrahlen ar­ beitet. Das erwünschte Kühlen wird hier mit Vorrichtungen 7 erreicht, die Dampfsprüh- oder Gasblasrohre aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungs­ beispiele beschränkt sondern läßt sich in verschiedener Hinsicht abwandeln. So kann z. B. eine erfindungsgemäße An­ ordnung mit einer Steuervorrichtung gemäß US-PS 4 370 923 kombiniert werden, um eine exakte Steuerung der Temperatu­ ren zu ermöglichen.

Claims (7)

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 zusam­ menwirkenden Walzen unterschiedlicher Härte und einstell­ barer 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn so ab­ gekühlt wird, daß ihre Temperatur beim Einlaufen in den Walzenspalt nicht über 70°C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur­ unterschied im Walzenspalt zwischen der Bahn und den Walzen mindestens 30° 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 Entnahme- oder 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 gesonderte Kühlwalzen (5) oder Zylinder geführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen der Entnahme- oder Führungswalzen (4) oder der gesonderten Kühl­ walzen (5) entweder mittels einer internen Kühlvorrichtung auf der Basis eines Wasserumlaufs oder eines entsprechenden Systems erfolgt oder durch externes Kühlen mittels Vorrich­ tungen, welche Gas aufblasen, Flüssigkeitsstrahlen abgeben.

6. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß An­ spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen der Bahn dadurch erfolgt, daß ein kalter Gas- oder Flüssigkeits­ strahl auf die Bahn gerichtet wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Anord­ nung auch zum Kalandern mit Gefälle auf der Basis eines Un­ terschieds im Feuchtigkeitsgehalt einzelner Lagen in der Dicke einer Bahn benutzbar ist.