DE3545123A1

DE3545123A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalandrieren einer bahn

Info

Publication number: DE3545123A1
Application number: DE19853545123
Authority: DE
Inventors: Matti Jyväskylä Verkasalo
Original assignee: Valmet Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1984-12-31
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1986-07-03
Anticipated expiration: 2005-12-20
Also published as: FI71374C; CA1263268A; DE3545123C2; FI845181L; FI71374B; FI845181A0; SE8506011L; SE8506011D0; SE465088B; US4653395A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren, insbesondere zum sog. Maschinenkalandrieren einer Bahn, wie z. B. einer Papierbahn, wobei die zu kalandrierende Bahn durch einen oder mehrere Kalandrierspalte geführt wird, in denen die zu kalandrierende Bahn mit geeignetem Liniendruck gepreßt wird, und die Spalte zwischen Kalanderwalzen gebildet werden, von denen wenigstens die Endwalzen innenseitig durchbiegungskompensiert oder -geregelt werden.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Kalander zur Ausführung des Verfahrens, insbesondere Maschinenkalander, der aus einem wenigstens aus zwei, zweckmäßig aus mehreren Kalanderwalzen gebildeten Kalanderstapel besteht, dessen Walzen untereinander einen oder mehrere Kalanderspalte bilden und eine oder beide Endwalzen des Kalanders mit innenseitigen Durchbiegungskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvorrichtungen ausgerüstet sind.

Obwohl die Erfindung im folgenden ausdrücklich unter Hinweis auf eine Papierbahn beschrieben wird, ist zu betonen, daß sich das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung auch zum Kalandrieren von anderen Bahnen allgemein und nicht unbedingt nur von Faser bahnen eignen.

Das aus der Papiermaschinentrockenpartie kommende Papier ist als solches noch nicht für seinen Verwendungszweck geeignet, sondern es setzt noch verschiedene zusätzliche Behandlungen voraus.

Eine wichtige Behandlung des Papieres ist das Kalandrieren, welches auch Maschinenkalandrieren oder Superkalandrieren genannt wird und in einer separaten Arbeitsphase erfolgt.. Beim Maschinenkalandrieren wird die Bahn durch eine oder mehrere Preßzonen, d. h. einen Pressenspalt geführt, der von Walzen mit harter und glatter Oberfläche gebildet wird. Im Falle von mehreren Pressenspalten sind die Walzen im allgemeinen übereinander gelagert derart, daß sie sich in vertikaler Richtung auf einer fest gelagerten Unterwalze frei bewegen können, wobei sie einen Mehrwalzenvertikalkalander bilden.

Das wichtigste Ziel des Kalandrierens besteht darin, dem Papier eine gewünschte Oberflächenglätte und einen gewünschten Glanz zu geben sowie die Dicke und das spezifische Volumen des Papieres nach Wunsch zu regeln. Damit verbindet sich auch das Ausgleichen der Dicke der Bahn in Querrichtung derart, daß sich die Bahn gleichmäßig aufrollen läßt. In der Praxis kann der Kalander auch noch andere Aufgaben haben.

Das Kalandrieren ist mit dem Glätten eines Stoffes durch ein Bügeleisen zu vergleichen, wobei Druck, Temperatur, Feuchtigkeit und Gleitung als Faktoren wirken. Der Kalandriervorgang ist in vieler Hinsicht von diesen Faktoren abhängig. Es kann festgestellt werden, daß die Kalandrierarbeit eines Maschinenkalanders im Grunde Rollreibung ist, wobei die in der Bahn stattfindende Formveränderung hauptsächlich von Preßkräften zustandegebracht wird.

Die Wirkung des Kalandrierens auf die Bahn ist von

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sehr vielen Faktoren abhängig, wovon der Oberflächendruck in der Pressenzone zu erwähnen ist, der von Liniendruck, Walzendurchmesser und Bahndicke, Pressenspaltanzahl, Walzentemperatur, Papier feuchtigkeit und Feuchtigkeitsverteilung über den Papierquerschnitt und der Maschinengeschwindigkeit abhängig ist. Der Oberflächendruck der Pressenzone ist eine wichtige Prozeßveränderliche beim Kalandrieren. Je größer der Druck ist, desto größere Wirkung hat das Kalandrieren auf die Dicke und Glätte des Papieres. Zum anderen kann die Bahn mit einem zu großen Druck verdorben werden. Beim Fahren von stark zu kalandrierenden Papiersorten beträgt der Oberflächendruck im untersten Pressenspalt 20...50 MPa. Von wichtiger Bedeutung ist auch die Anzahl der Pressenspalte.

Die Walzentemperatur hat ebenfalls Einfluß auf das Kalandrieren. Hohe Temperatur verbessert die Glätte. Ein Teil der Kalanderwalzen ist in an sich bekannter Weise mit Dampf- oder Wasserheizung ausgestattet.

Außerdem ist der Wassergehalt des Papieres eine wichtige Prozeßveränderliche beim Kalandrieren. Eine Erhöhung des Wassergehaltes verbessert im allgemeinen die Glätte, aber vermindert die Dicke, Helligkeit und Opazität des Papieres. Ein zu großer Wassergehalt verursacht Schwärzung der Bahn, was durch Zerstörung der Fasern an deren Bindungsstellen herbeigeführt wird. Im allgemeinen wird angestrebt, das Kalandrieren bei einem Wassergehalt von 5...8 %, das Kalandrieren von Zeitungsdruckpapier sowie einiger Druckpapiere mit Holzschliffgehalt sogar bei einem Wassergehalt von 9 % durchzuführen.

In an sich bekannter Weise, werden viele Kartonsorten übertrocken getrocknet und mit dem Kalander wieder auf den gewünschten Wassergehalt befeuchtet. Das Wasser wird entweder mit Nebelstrahl vor dem ersten Pressenspalt oder mit

einem oder mehreren an den Kalanderwalzen befindlichen Wasserschabern auf die Kar tonober fläche gegeben. Das Wasser befeuchtet nur die oberste Schicht des Kartons, wodurch ermöglicht wird, eine gute Glätte zu erzielen, ohne den Karton dabei zu dünn zu pressen.

Die Kalandrierwirkung ist auch von der Maschinengeschwindigkeit abhängig. Die Kalanderwirkung nimmt mit steigender. Geschwind igkeit ab. Dies läßt sich durch Vergrößerung des Liniendruckes, Erhöhung der Anzahl der Pressenspalte oder Steigerung der Temperatur kompensieren.

In schnellaufenden Papiermaschinen stellt sich im Kalander ein oft schwierig zu beseitigender Nachteilfaktor, die sog. Striemenbildung (barring), ein. In der Bahn entstehen querverlaufende, deutlich sichtbare und sich in regelmäßigen Abständen wiederholende Druckstellen, Striemen. Diese Abdrucke können auch in dem in Maschinenrichtung verlaufenden Dickenprofil der Bahn deutlich festgestellt werden. Der Abdruck wird durch Kalanderschwingungen verursacht, die Veränderungen des Liniendruckes in den Pressenspalten verursachen.

Die Idealsituation, bei der der Liniendruck in jedem Pressenspalt des Kalanders über die ganze Bahnbreite konstant ist und die Eigenschaften der in den Kalander kommenden Bahn wie Dicke, Dichte, Feuchtigkeit, Formation usw. sowohl in Längs- als auch Querrichtung gleichmäßig sind, kommt in der Praxis nie vor. Die Walzen können in der Praxis nicht absolut gerade geschliffen werden und deren Konvexitätskurve folgt nicht genau der Durchbiegungskurve der Walze. In der Papierbahn treten aus dem Naßende und der Trockenpartie der Papiermaschine herstammende Veränderungen auf. Um diese Mangel beseitigen zu können, muß die Funktion des Kalanders regelbar sein. Ein Mittel dazu besteht in der Temperatur-

regelung der Walzen an den einzelnen Stellen des Mantels in Querrichtung der Bahn.

Wenn die in den Kalander kommende Bahn in Maschinenrichtung eine Zone hat, in der sie dicker als anderswo ist, entsteht in diesem Bereich im Pressenspalt ein größerer Liniendruck. An dieser Stelle^.entwickelt sich mehr Wärme als anderswo, die Temperatur der Walzen steigt und deren Durchmesser wächst, was zu weiterer Wärmeentwicklung führt. Der Kalander hat also eine das quer verlaufende Dickenprofil der Bahn naturgemäß korrigierende Wirkung. Diese selbstkorrigierende Wirkung reicht jedoch nicht aus, sondern das Dickenprofil muß durch örtliche Heizung oder Kühlung korrigiert werden.

Bisher bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur elektromagnetischen Induktionsbeheizung der Kalanderwalze, wobei mit einer Magnetschuhvorrichtung durch einen Luftraum ein Magnetstrom von außen berührungslos auf den Mantel der Kalanderwalze gerichtet wird. Dieser Magnetstrom induziert in den Walzenmantel Wirbelströme, die wegen des Widerstandes des Mantels in diesem Wärme erzeugen. Bisher sind betreffende Magnetschuhvorrichtungen bekannt, in denen sich nebeneinander mehrere Teilkerne befinden, durch deren Regelung die Heizwirkung der Walze in Axialrichtung geregelt wird. Bezüglich der Induktionsbeheizung von Walzen wird als Beispiele auf die FI-Patentanmeldungen Nr. 812697, 820733, 821838 und 824281 hingewiesen. Zusätzlich wird auf die Patentanmeldungen Nr. 833589 und 843412 der Anmelderin hingewiesen.

Der allgemeine Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekannten Kalandrierverfahren und Vorrichtungen und insbesondere das sog. Maschinenkalandrieren weiterzuent-

wickeln.

Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht darin, ein neues Kalandrierverfahren und einen neuen Kalander zu schaffen, mit dem zum großen Teil Nachteile abgeschafft werden können, die in bekannten Kalandern, insbesondere in Zeitungsdruckpapierkalandern bei hohen Geschwindigkeiten auftreten, wie die Zunahme der Rauhigkeit der Bahnoberfläche und die Zunahme von genannter Striemenbildung (barring). Bekanntlich sind die Produktionsgeschwindigkeiten von Papiermaschinen sowie die Maschinenbreiten in letzter Zeit gewachsen. Deshalb werden auch an die Maschinenkalander größere Forderungen als früher gestellt.

Ein Spezialzweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Kalanders, mit dem das Kalandrieren, insbesondere das Kalandrieren von Zeitungsdruckpapier, in der Richtung verändert wird, daß die mechanische Belastung des papieres in den Kalanderpressenspalten verringert wird und diese Verringerung hauptsächlich durch Verstärkung desjenigen Anteils des Kalandrierens ersetzt wird, der die plastischen Eigenschaften des Papieres ausnutzt.

Ein weiterer Sonder zweck der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, mit deren Hilfe sich bereits im Betrieb befindliche Kalander, z. B. bekannte Vier-Walzen-Kalander flexibel und mit relativ niedrigen Kosten in einen das Verfahren und die Ziele dieser Erfindung verwirklichenden Kalander umwandeln lassen.

Zur Erreichung der im vorstehenden beschriebenen und weiter unten deutlich werdenden Ziele ist für das Verfahren der Erfindung im wesentlichen charakteristisch,

daß der Zylindermantel der gegeneinander liegenden, Kalanderspalte bildenden Kalanderwalzen oder -walze erhitzt wird

derart, daß sich in Richtung der Dicke der durch genannten Spalt geführten zu kalandrierenden Bahn zwischen deren Innenteilen und Deckschichten und/oder einander entgegengesetzten Deckschichten eine bedeutende Temperaturdifferenz bildet,

daß durch Einwirkung auf die plastischen Eigenschaften der bei dem auf genannter Temperaturdifferenz beruhenden Temperaturgradienten zu kalandrierenden Bahn die mechanische, auf der Liniendruckbelastung der Kalanderwalzen beruhende Kalandrierarbeit wenigstens zum Teil ersetzt wird,

daß die genannte Erhitzung eines oder mehrerer Kalanderwalzenzylindermäntel mit Hilfe von außenseitigen Heizvorrichtungen ausgeführt wird, und

daß mit denselben genannten Vorrichtungen das Axialprofil des Kalanderspaltes und das quer verlaufende Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn durch die Wirkung der durch die Temperaturveränderungen der zu erhitzenden Kalanderwalze entstehenden Veränderungen des Walzenradius geregelt werden.

Für den erfindungsgemäßen Kalander ist seinerseits im wesentlichen charakteristisch, daß eine oder mehrere der Kalanderwalzen, zweckmäßig die Ober- und ünterwalze des Kalanders mit außenseitigen berührungslosen Heizvorrichtungen ausgerüstet sind, mit denen der Zylindermantel der an diesen befindlichen Kalanderwalze auf eine von der erfindungsgemäßen Temperaturgradientkalandrierung vorausgesetzte Temperatur geheizt wird und daß die genannten Heizvorrichtungen auch ausgeführt sind, als Regelungsvorrichtungen des Querprofils zu arbeiten.

Der erfindungsgemäß arbeitende Kalander kann deshalb Gradientkalander genannt werden, weil in der Erfindung die Temperatur^ifferenzen der zu kalandrierenden Bahn in Richtung

V-

der Dicke und in einigen Ausführungen auch die Feuchtigkeitsdifferenzen, d. h. der Temperaturgradient und möglicherweise auch der Feuchtigkeitsgradient, ausgenutzt werden.

Wenn erfindungsgemäß zur Erzeugung von in Richtung der Dicke der zu kalandrierenden Bahn gerichteter Temperaturdifferenzen bezüglich der Kalanderwalze außenseitige regelbare Heizvorrichtungen, zweckmäßig berührungslose Induktionsheizvorrichtungen, eingesetzt werden, werden durch diese eine Maßnahme zwei wichtige Vorteile geschaffen, nämlich zum ersten der Vorteil, daß sich mit ein und denselben Heizvorrichtungen das Querprofil der Kalanderpressenspalte und damit das Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn beherrschen lassen und zum zweiten der Vorteil, daß die Verwendung der außenseitigen Heizvorrichtungen den innenseitigen Raum des Walzenmanr tels für die an sich bekannten Durchbiegungskompensierungs- und Durchbiegungsregelungsvorrichtungen frei hält, die im Kalander sehr nötig, im allgemeinen unentbehrlich sind. Letztgenannte Vorrichtungen konnten im Zusammenhang mit den bekannten dampfbeheizten Kalanderwalzen nicht verwendet werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Heizanordnungen lassen sich auch leicht die bezüglich der Ziele der Erfindung genügend großen Temperaturdifferenzen verwirklichen sowie das Querprofil des Pressenspaltes mit genügend großer Genauigkeit beherrschen.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird zur Schaffung eines genügend großen Temperaturgradienten an der in den Kalander kommenden Bahn eine Kühlwalze eingesetzt. 30

In einigen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind zur Beherrschung des betreffenden Temperaturgradienten ein oder mehrere Mittelwalzen des Kalanders an ein Kühl- oder Heizaggregat angeschlossen. 35

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf

einige in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben. 5

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen

erfindungsgemäßen Kalander, in der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Kalanderstapel sowie

einzelne mit dessen Funktion verbundene Parameter, die auf den Kalandriervorgang einwirken.

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab den ersten Kalandrierpressenspalt von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine in der Erfindung verwendete regelbare Magnetschuhvorrichtung.
20

Fig. 5 zeigt den Schnitt V-V von Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einige vorteilhafte Beispiele für Kombinationen von Kalanderveränderlichen und Kalandrierarten in Form einer Tabelle.

Der Kalander nach Fig. 1 besteht aus einer an sich bekannten Ständerkonstruktion 10, die auf der Unterlage 11 befestigt ist. In der Ständerkonstruktion 10 des Kalanders ist mit Trag- und Belastungsvorrichtungen (nicht dargestellt) ein Kalanderstapel 20 gelagert, der von oben beginnend aus einer Endwalze 21, Zwischenwalzen 22 und 23 sowie einer unterseitigen Endwalze 24 besteht, an der sich ein Schaber 29 befindet. Die beiden Endwalzen 21 und 24 sind mit Durchbiegimgskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvorrichtungen

25; 28 ausgerüstet, die sich in an sich bekannter Weise innerhalb der Walze 21, 24 befinden und entweder mit einem Druckmedium und/oder magnetisch arbeiten. Als Zwischenwalzen 22 und 23 des Kalanders dienen zweckmäßig sog. Doppelmantelheizwalzen, an deren Stirnseiten sich Kupplungsvorrichtungen 26 und 27 befinden, über welche die Innenräume der Zwischenwalzen 22, 23 mit einem Heiz/Kühlaggregat verbunden sind. Als kühlendes/heizendes Medium kann z. B. Umlaufwasser dienen.

Nach Fig. 1 befinden sich an den oberseitigen Endwalzen 21 und 24 außenseitige Heizvorrichtungen 30, deren Konstruktion im Detail weiter unten unter Hinweis auf Fig. 4 und 5 beschrieben werden. Die Heizvorrichtung oder -vorrichtungen 30 arbeiten mit elektromagnetischer Induktionswirkung. Mit den Heizvorrichtungen 30 wird über die in diesen befindlichen Magnetschuhe 31 durch den Luftzwischenraum D berührungslos im Sektor e auf den Mantel der Walzen 21 und/oder 24 ein Magnetstrom gerichtet, der in den aus ferromagnetischem Material bestehenden Mantel der Walzen Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erzeugen aufgrund des Widerstandes des Mantels der Walzen 21, 24 eine Heizwirkung. Die Eindringtiefe der Heizwirkung läßt sich auf an sich bekannte Weise durch Regelung der Frequenz des Magnetisierungsstromes regeln. Es ist vorteilhaft, die Frequenz des Magnetisierungsstromes genügend hoch zu halten derart, daß eine genügend kleine Eindringtiefe der Heizwirkung erreicht wird, wie dies z. B. in der früheren FI-Patentanmeldung Nr. 833587 (eingereicht am 3.10.1983) der Anmelderin genauer beschrieben ist. Eine kleine Eindringtiefe steigert außerdem die Regelungsgenauigkeit und -geschwindigkeit.

Nach Fig. 1 ist die an der Endwalze 21 befindliche Heizvorrichtung 30, die sich über die ganze Länge der Endwalze 21 erstreckt, an Transportvorrichtuyngen (nicht dargestellt) befestigt, mit denen sich die Heizvorrichtung 30 in

-•1b··-

die gestrichelt dargestellte Lage 30' ζ. B. bei einem Riß der Bahn W oder für andere Wartungszwecke heben läßt. Am Hauptteil 40 der Heizvorrichtung 30 sind zu beiden Seiten bogenförmige Wärmeisolierungselemente 16 und 17 gelenkig gelagert.

An der Unterwalze 24 befinden sich entsprechende Wärmeisolierungseiemete 18 und 19. Genannte Wärmeisolierungselemente 16, 17, 18 und 19 sind mit Hörizontalgelenkachsen 16a, 17a, 18a, und 19a am Hauptteil 40 der Heizvorrichtungen 30 befestigt derart, daß sich die genannten Elemente in eine geöffnete Stellung 16' und 17', z. B. bei einem Riß der Bahn W oder bei anderer Wartung, schwenken lassen derart, daß die Entfernung von Ausschuß möglich ist und die Kalanderwalzen und andere Vorrichtungen bei Bedarf zur Wartung zugänglich sind. Die Wärmeisolierungselemente 16-19 erstrecken sich über die ganze Länge der Kalanderwalzen 21, 24.

In Fig. 1 und 2 ist der Eintritt der Bahn W in den Kalander aus der Papiermaschinentrockenpartie mit dem Bezugszeichen W^_n und der Austritt aus dem Kalander mit dem Bezugs- zeichen W_ouj- bezeichnet. Nach Fig. 1 befindet sich an der Eintrittsseite W^_n eine Kühlwalze 12, die von der Bahn Wi_n in einem genügend großen Sektor a tangiert wird. An den Enden der Kühlwalze 12 befinden sich Kupplungen 12a, mit denen der Zwischenraum des Doppelmantels der Walze 12 an ein Kühlwasseraggregat angeschlossen ist. Für die Bahn W sind nach der Kühlwalze 12 drei alternative Einlaufe W_a, W5 und W_c in den Kalander dargestellt. Die genannten einzelnen Läufe der Bahn W werden durch verschiedene Stellungen 15a, 15b und 15c der Leitwalze 15 verwirklicht. Die Leitwalze 15 ist am Kalanderständer 10 ζ. B. über Hebelarme und/oder Führungsvorrichtungen angebracht derart, daß die Lage der Walze 15 innerhalb genügend weiter Grenzen in Richtung des Pfeiles A geändert werden kann. Durch Stellungsregelung der Leitwalze 15 in Richtung des Pfeiles A kann zudem auf die Ausrichtung eingewirkt werden, in der die Bahn W in den ersten Kalanderpres-

senspalt Νχ kommt, der zwischen den Walzen 21 und 22 gebildet wird. Der Lauf W_a der Bahn in den Spalt Νχ verläuft tangential. Der Lauf W_b läuft in den Spalt Νχ derart, daß Bahn W die Zwischenwalze 22 im Sektor b tangiert. Die Größe des Sektors b läßt sich durch Änderungen der Lage der Walze 15 regeln. Der die oberste Stellung 15c der Walze 15 bestimmende Lauf W_c der Bahn läuft-in den Pressenspalt Νχ derart, daß Bahn W vor dem Spalt die Endwalze 21 im Sektor c tangiert. Durch Stellungsregelung der Walze 15 läßt sich der Sektor c beeinflussen. Durch Regelung der Sektoren b und c kann der in der Erfindung genutzte Temperaturgradient beherrscht werden, dessen Bildung und Wirkungsart im folgenden genauer beschrieben werden.

Vor der Leitwalze 15 befinden sich an den Läufen W_a und W_c von Bahn W zu beiden Seiten der Bahn Befeuchtungsvorrichtungen 13 und 14. Mit diesen Vorrichtungen 13, 14 werden zur Erzielung eines geeigneten Feuchtigkeitsgradienten in Richtung der Bahndicke Wasserstrahlen S auf eine oder beide Flächen der Bahn W gespritzt. Die Befeuchtung ist nicht bei allen Fahrweisen nötig.

In Fig. 2 ist schematisch ein Kalanderstapel 20 dargestellt, dessen Vertikalmittelebene in der Ebene K-K liegt.

Die Pressenspalte Νχ, N2 und N3 befinden sich in der genannten Ebene K-K. Die Walzen des Stapels 20 können bei Bedarf in an sich bekannter Weise bezüglich der Ebene K-K sog. Offset haben. Die Oberflächentemperaturen der Walzen 21, 22, 23 und 24 sind mit Τχ, T2, T3 und T4 bezeichnet. Dementsprechend sind die Liniendrücke der Pressenspalte Νχ, N2 und N3 mit Κχ, K2 und K3 bezeichnet. Die Temperatur der in den ersten Pressenspalt Νχ kommenden Bahn W ist mit To bezeichnet.

Fig." 3 veranschaulicht die Bildung des Temperaturgradienten im Pressenspalt Νχ.

In der folgenden Tabelle sind einige geeignete Bereiche der Temperaturen T₁, T₂, T3 und T4 sowie der Liniendrücke Ki, K₂ und K3 dargestellt.

T₀ (⁰C) Ti (⁰C) T2 (⁰C) T3 (⁰C) T4 (⁰C) 40. ..50 150...200 40. ..50 40. ..50 150...200

Ki(kN/m) K2(kN/m) K3(kN/m)

20. . .80 40. ..100 60. ..120

Die im vorstehenden angeführten erhöhten Temperaturen . Ti, T4 = 150...200⁰C der Endwalzen 21 und 24 werden mit den im vorstehenden nur vorläufig beschriebenen Heizvorrichtungen 30 erzeugt, mit denen auch das Temperaturprofil in Axialrichtung der Walzen 21 und 24 beherrscht werden kann. Der Temperaturbereich der Mittelwalzen 22 und 23 T₂, T3 = 40...50⁰C wird entweder ohne irgendwelche besondere Maßnahmen oder bei Bedarf durch Kühlung oder Heizung der Walzen 22, 23 erreicht.

Nach Fig. 3 kommen die Außenoberflächen der Bahn W nicht auf die Außenoberflächentemperaturen Ti und T₂ der Walzen 21 und 22, sondern erreichen bestimmte niedrigere Temperaturen T₂ ¹ und Tj/, deren Differenz Ti' - T₂ ¹ = T ^ 50⁰C ein Beispiel für den in der Erfindung genutzten Temperaturgradienten vertritt, der bezüglich der Ziele der Erfindung eine vorteilhafte Wirkung auf die plastischen Eigenschaften des Fasergefüges der zu kalandrierenden Bahn W ausübt. Die Temperatur der Innenteile der Papierbahn W bleibt im wesentlichen auf der Temperatur T₀, mit der die ganze Bahn W in den ersten Pressenspalt Ni kommt. Die Temperatur To beträgt z.-B. ca. 40⁰C. Genannte Temperatur T₀ kann mit der Kühlwalze 12 geregelt werden.

Der im Pressenspalt N^ herrschende Temperaturgradient kann zum Teil auch durch Regelung der oben genannten Sektoren b und c beeinflußt werden. Bei Verwendung einer beheizten Oberwalze 21 wird die Temperatur T]_' der Oberfläche der Bahn W desto größer je höher die Lage der Leitwalze 15 gelegt wird.

Im folgenden wird hauptsächlich unter Hinweis auf Fig. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel für die im Verfahren der Erfindung verwendeten Heizvorrichtungen 30 beschrieben, die an einer oder beiden Endwalzen 21 und 24 des Kalanders und in einigen Spezialausführungen bei Bedarf außerdem an anderen, d. h. auch an den Zwischenwalzen, angeordnet sind. Bei Bedarf können sich an einer Walze mehrere Heizvorrichtungen befinden. Der Mantel der Walze 21 und/oder 24 besteht aus einem geeigneten ferromagnetischen Material, das unter Berücksichtigung der Festigkeit und der induktiven Heizung der Walze 21, 24 gewählt ist. In den Innenräumen der Walzen 21 und 24 befinden sich an sich bekannte Durchbiegungskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvorrichtungen, für die dank der außenseitigen Heizvorrichtung 30 ein freier Raum vorhandenbleibt, weil im Innenraum der Walze 21, 24 keine mit flüssigem Medium arbeitenden oder andere entsprechende Heizvorrichtungen verwendet zu werden brauchen. 25

Zur Vorrichtung 30 gehören mehrere nebeneinanderliegende Teilkerne 31χ, 312···31ν (ⁿ Stück), deren Lagen sich unabhängig voneinander nach Fig. 5 in Richtung des Pfeiles B zur Regulierung der Größe d des aktiven Luftspaltes D zwischen der Stirnfläche der Kerne 31 und den Walzen 21; 24 regeln lassen. Die Größe d des Luftzwischenraumes D läßt sich z. B. innerhalb der Grenzen d = 10...60 mm regeln. Die Teilkerne 31 haben z. B. eine gemeinsame Magnetisierungsspule, die mit Vorsprüngen 33b am Gehäuseteil 33 abgestützt ist. In die Spule 32 wird ein regelbarer Wechselstrom von ausreichender

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Frequenz E eingespeist. Durch Regulierung der Frequenz f des Magnetisierungsstromes läßt sich die Eindring tiefe der Induktionsheizung ζ. B. auf die in den Fi-Patentanmeldungen Nr. 833589 und 843412 der Anmelderin beschriebene Weise regeln.

Bezüglich des Niveaus der Heizwirkung und der Regelung von deren Verteilung sowie bezüglich der Elektro- und Regelungsvorrichtungen überhaupt wi-rd auf letztgenannte Fi-Patentanmeldungen hingewiesen.

Jeder Teilkern 31 läßt sich unabhängig von den anderen Teilkernen 31 zur Regelung der Größe d des Luftspaltes D und der axialen Verteilung der Heizwirkung in seiner Lage regeln. Zu diesem Zweck sind die Teilkerne 31 über einen Flansch 35a an Armen 35 befestigt, die sich in einer Gleitpassung 38 innerhalb eines Führungsrohres 37 befinden. Die Arme 35 sind · über Gewinde 41 mit Schrauben 42 verbunden, die von Schraubmotoren 36 angetrieben werden. Die Schraubmotoren 36 sind in an sich bekannter Weise an ein Regelungssystem (nicht dargestellt) angeschlossen. Durch Einstellung des Niveaus des Luftzwischenraumes d der Teilkerne 31 und/oder durch Einstellung des Niveaus des Magnetisierungsstromes der Spule 32 kann das Temperaturniveau T₁; T₀ der Walzen 21 und 24 geregelt werden. Mit Hilfe der individuellen Stellungsregelung der Teilkerne 31 können das axiale Temperaturprofil und damit aufgrund der Veränderungen des Radius der Walze 21, 24 und in an sich bekannter Weise der Pressenspalt und das Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn W geregelt werden.

Vor der Stirnfläche der Teilkerne 31 befindet sich ein Schutzgehäuse 33, das mit einer Rillen-Vorsprungspassung 34 am Hauptteil 40 der Heizvorrichtung 30 befestigt ist. Das Hauptteil 40 der Heizvorrichtung oder -vorrichtungen 30 ist entweder fest am Ständerteil 10 oder an Stützvorrichtungen befestigt, mit denen sich die Heizvorrichtung__30 weiter von den Kalanderwalzen (in Fig. 1 Lage 30") z. B. bei einem Riß

der Bahn W oder bei der Wartung wegtransportieren läßt.

Im folgenden werden unter Hinweis auf Fig. 6 einige Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kalanders beschrieben. In der ersten Vertikalspalte der Tabelle nach Fig. 6 stehen die Nummern 1, 2, 3, 4 und 5 der einzelnen Beispiele. In der nächsten Vertikalspalte sind die Konfigurationen des Kalanders, Temperaturen der einzelnen Walzen und Linienbelastungen der einzelnen Pressenspalte dargestellt. In der dritten, vierten und fünften Vertikalspalte sind in der Reihenfolge die Kalandrierart, die arbeitenden Spalte, der Kalandrierkode der Oberseite des Papieres und in der letzten Vertikalspalte der Kalandrierkode der Siebseite des Papieres eingetragen. Die letztgenannten Kalandrierkode von Fig. 6 sind folgende:

KO = konventionelles an sich bekanntes Kalandrieren, KO- = konventionelles bekanntes Kalandrieren bei niedrigerer Temperatur als gewöhnlich, KO+ = konventionelles Kalandrieren bei höherer Temperatur als gewöhnlich,
LG = erfindungsgemäßes auf Temperaturgradient beruhendes Kalandrieren,

KG = auf Feuchtigkeitsgradient beruhendes Kalandrieren. 25

Die Beispiele 1 und 2 der Fig. 6 zeigen, daß ein erfindungsgemäß ausgeführter Kalander auch zum konventionellen, an sich bekannten Kalandrieren vielseitig eingesetzt werden kann.
30

Die Beispiele 3, 4 und 5 nach Fig. 6 stellen erfindungsgemäße Temperaturgradient-Kalandrierfahrweisen dar, von denen einige zudem mit Feuchtigkeitsgradientenfunktion verbunden sind. Das Beispiel 5 soll zeigen, daß zwischen den entgegengesetzten Oberflächen des Papieres nicht unbedingt

eine Temperaturdifferenz vorhanden sein muß, denn der in der Erfindung genutzte Temperaturgradient wird im Beispiel 5 nach Fig. 6 aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den stark aufgeheizten entgegengesetzten Oberflächen der Bahn W (T^ = T₂ = 200⁰C) und den Innenteilen der Bahn W (T₀ = 50⁰C) gebildet.

Bei den Beispielen nach Fig. 6 ist auch zu berücksichtigen, daß in den Beispielen 1 und 2, die die bekannte konventionelle Kalandrierart darstellen, die Liniendrücke (kN/m) wesentlich größer sind als bei den die Erfindung veranschaulichenden Beispielen 3 und 4. Durch diese Beispiele soll derjenige vorteilhafte Charakterzug der Erfindung hervorgehoben werden, daß in der Erfindung der Anteil der mechanisehen Kalandrierarbeit, d. h. der Anteil des auf Pressendruck beruhenden Kalandrierens kleiner wird, was durch einen auf Temperatur- und möglicherweise zusätzlich auf Feuchtigkeitsgradient beruhenden Kalandriereffekt, d. h. durch eine sich auf die plastischen Eigenschaften der Papierbahn stützende Kalandrierwirkung erzetzt wird.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kalandrieren, insbesondere zum Mascrxinenkalandrieren einer Bahn, wie z. B. einer Papierbahn, wobei die zu kalandrierende Bahn (W) durch einen oder mehrere Kalandrierspalte (N^, H2, N3) geführt wird, in denen die zu kalandrierende Bahn mit geeignetem Liniendruck (K^, K'2* K3) gepreßt wird, und die Spalte (N^, N2» N3) zwischen Kalanderwalzen (21, 22, 23, 24) gebildet werden, von denen wenigstens die Endwalzen innenseitig durchbiegungskompensiert oder -geregelt werden, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zylindermantel der gegeneinander liegenden, Kalanderspalte bildenden Kalanderwalzen (21, 22; 24, 25) oder -walze erhitzt wird derart, daß sich in Richtung der Dicke der durch genannten Spalt geführten zu kalandrierenden Bahn (W) zwischen deren Innenteilen und Deckschichten und/oder einander entgegengesetzten Deckschichten eine bedeutende Temperaturdifferenz (AT) bildet,

daß durch Einwirkung auf die plastischen Eigenschaften der bei dem auf genannter Temperaturdifferenz (·ΔΤ) beruhenden Temperaturgradienten zu kalandrierenden Bahn (W) die mechanische, auf der Liniendruckbelastung der Kalanderwalzen beruhende Kalandrierarbeit wenigstens zum Teil ersetzt wird,

Dresdner Bank (München) KIo. 3939844

Deulsche Bank (Müni-heni Kto 286 1060

Ρη,ι < heck-im· rMnnrhnn, Ki.- hki

daß die genannte Erhitzung eines oder mehrerer Kalanderwalzenzylindermäntel mit Hilfe von außenseitigen Heizvorrichtungen (30, 40) ausgeführt wird, und

daß mit denselben genannten Vorrichtungen (30, 40) das Axialprofil des Kalanderspaltes und das quer verlaufende Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn (W) durch die Wirkung der durch die Temperaturveränderungen der zu erhitzenden Kalanderwalze entstehenden Veränderungen des Walzenradius geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kalander kommende Bahn (Wi_n) auf eine geeignete, genügend niedrige Temperatur (T₀) gekühlt wird, um eine ausreichend große Temperaturdifferenz zwischen dem Innenteil, der zu kalandrierenden Bahn (W) und wenigstens einer ihrer Deckschichten zu erzielen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kalandrieren kommende Bahn (W^_n) von einer oder beiden Seiten in beherrschter Weise befeuchtet wird, um einen beherrschten Feuchtigkeitsgradienten zwischen der einen oder beiden Deckschichten der Bahn (W) und dem Innenteil der Bahn zu erzielen und daß der genannte Feuchtigkeitsgradient neben der genannten Nutzung des Temperaturgradienten zum Kalandrieren genutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte einen oder mehrere Kalanderspalte bildende Kalanderwalzen (21, 24) beheizt werden und bestimmte andere Walzen (22, 23) bei Bedarf gekühlt werden derart, daß die Temperaturdifferenz der einander entgegengesetzten Deckschichten der zu kalandrierenden Bahn (W) in einer Größenordnung von T<**·50⁰C liegen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kalanderwalzen (21, 24) elektromagnetisch mit auf Induktionserhitzung beruhenden berührungslosen Magnetschuhvorrichtungen (30, 40) beheizt werden, mit welchen Vorrichtungen (30, 40) das in axialer Richtung verlaufende Temperaturprofil des Zylindermantels der zu heizenden Walze (21., 24) zwecks Beeinflussung des Querprofils der zu kalandrierenden Bahn (W) beherrscht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der in den ersten Pressenspalt (N]J des Kalanders zu bringenden Papierbahn (W) durch Verstellung der Lage der Leitwalze (15) der Bahn (W) geregelt wird, mit welcher Regelung außerdem der im ersten Pressenspalt (N^) herrschende Temperaturgradient beeinflußt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Liniendrücke der Kalanderspalte (N^, N2, N3) im Bereich ca. 20-200 kN/m liegen, wobei der untere Grenzwert die höchste Linienbelastung des Kalanderspaltes (N^) und die obere Grenze des im vorstehenden definierten Bereiches die niedrigste Linienbelastung des untersten Spaltes (N3) oder die Linienbelastung des einzigen Kalanderspaltes vertritt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der an ihrem Zylindermantel beheizten Kalanderwalzen, zweckmäßig der Endwalzen (21, 24) des Kalanders, im Bereich 110-250⁰C liegen und die Temperatüren der übrigen Kalanderwalzen, zweckmäßig Zwischenwalzen (22, 23), in der Größenordnung von 40⁰C liegen und daß die Temperatur der in den Kalander kommenden Bahn (W^_n) in der Größenordn ir g von 50⁰C liegt.

9. Kalander zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch

1 bis 8, insbesondere Maschinenkalander, der aus einem wenigstens aus zwei, zweckmäßig aus mehreren Kalanderwalzen gebildeten Kalanderstapel (20) besteht, dessen Walzen (21, 22, 23, 29) untereinander einen oder mehrere Kalanderspalte (N^, N2, N3) bilden und eine oder beide Endwalzen (21, 24) des Kalanders mit innenseitigen Durchbiegungskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvorfichtungen (25, 28) ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Kalanderwalzen, zweckmäßig die Ober- und Unterwalze (21, 24) des Kalanders mit außenseitigen berührungslosen Heizvorrichtungen (30, 40) ausgerüstet sind, mit denen der Zylindermantel der an diesen befindlichen Kalanderwalze (21, 24) auf eine von der erfindungsgemäßen Temperaturgradientkalandrierung vorausgesetzte Temperatur geheizt wird und daß die genannten Heizvorrichtungen auch ausgeführt sind, als Regelungsvorrichtungen des Querprofils zu arbeiten.

10. Kalander nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung oder -vorrichtungen (30) auf elektromagnetischer Induktionserhitzung beruhende Magnetschuhvorrichtungen verwendet werden, die in Querrichtung zur Bahn mehrere aufeinander folgende Teilkerne (31]_...31"n) enthalten, wobei jeder der Einzelkerne (31) unabhängig von den anderen mit Regelvorrichtungen (36, 37, 38, 39, 40, 41) in seiner Lage verstellbar ausgeführt ist, damit sich die Größe (d) des aktiven Magnetisierungsluftzwischenraumes (D) jedes Einzelkernes (31) und damit die Verteilung der Heizwirkung und möglicherweise auch des Gesamtniveaus in Axialrichtung der Walze (21, 24) regeln läßt.

11. Kalander nach Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Endwalzen (21, 24) des Kalanders mit elektromagnetischen berührungslosen Induktionsheizvorrichtungen ausgerüstet-sind, deren Wirkung auf in dem zu beheizenden Walzenmantel entstehenden Wirbelströmen beruht und

daß zum Kalander außer den genannten beheizten Endwalzen (21, 24) ein oder mehrere Zwischenwalzen (22, 23) gehören, die entweder normale Kalanderwalzen oder sog. Heizmantelwalzen sind, welche letztgenannten zum Beheizen und Kühlen der zwischenwalzen (22, 23) an ein Wasserumwälzaggregat angeschlossen sind.

12. Kalander nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß um die außenseitig beheizten Kalanderwalzen, zweckmäßig um die Endwalzen (21, 24) des Kalanders herum, Wärmeisolierungselemente (16, 17, 18, 19) angebracht sind, die zweckmäßig gelenkig am Hauptteil (40) der genannten Heizvorrichtungen (30) befestigt sind, daß sich genannte Heizelemente (16, 17, 18, 19) um einen großen Teil des Umfangs der genannten beheizten Walzen (21) legen.

13. Kalander nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kalander an der Eintrittsseite (W^_n) eine Kühlwalze (12) befindet, die an ihren Stirnseiten über Stutzen (12a) an ein Kühlmediumaggregat angeschlossen ist.

14. Kalander nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kalander entweder auf beiden Seiten oder einer Seite der Bahn (W) Befeuchtungsvorrichtungen (13,

14) befinden, mit denen sich auf die in den Kalander kommende Bahn (Wi_n) in beherrschter Weise Befeuchtungsstrahlen (S) richten lassen.

15. Kalander nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitwalze (15), die die Papierbahn (^win) in den Kalander leitet, zum zwecke der Regelung der Ausrichtung der in den ersten Spalt (N^) kommenden Bahn und damit wenigstens zur teilweisen Beherrschung des in dem ersten Spalt (N^) herrschenden Temperaturgradienten in verschiedene Lagen (15a, 15b, 15c) bringen läßt.