DE3545123C2 - Verfahren zum Kalandrieren und Kalander - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalandrieren, insbesondere Maschinenkalandrieren einer Bahn gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 und einen Kalander, insbesondere Ma­ schinenkalander gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Die zu kalandrierende Bahn wird durch einen oder mehrere Kalandrierspalte geführt, in denen die zu kalandrierende Bahn mit geeignetem Liniendruck gepreßt wird, wobei die Spalte zwischen Kalanderwalzen gebildet werden, von denen wenigstens die Endwalzen innenseitig durch­ biegungskompensiert oder -geregelt werden.

Der Kalander besteht aus einem wenigstens aus zwei, zweckmäßig aus mehreren Kalanderwalzen gebildeten Kalanderstapel, dessen Walzen untereinander einen oder mehrere Kalanderspalte bilden, wobei eine oder beide Endwalzen des Kalanders mit innenseitigen Durchbiegungskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvor­ richtungen 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 unbe­ dingt nur von Faserbahnen eignen.

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

Eine wichtige Behandlung des Papieres ist das Kalan­ drieren, welches auch Maschinenkalandrieren oder Superkalan­ drieren genannt wird und in einer separaten Arbeitsphase er­ folgt. 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 all­ gemeinen übereinander derart gelagert, daß sie sich in ver­ tikaler 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 ge­ wünschten 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 Kalan­ driervorgang ist in vieler Hinsicht von diesen Faktoren ab­ hängig. Es kann festgestellt werden, daß die Kalandrierar­ beit eines Maschinenkalanders im Grunde Rollreibung ist, wobei die in der Bahn stattfindende Formveränderung haupt­ sächlich von Preßkräften zustandegebracht wird.

Die Wirkung des Kalandrierens auf die Bahn ist von sehr vielen Faktoren abhängig, wovon der Oberflächendruck in der Pressenzone zu erwähnen ist, der von Liniendruck, Walzen­ durchmesser und Bahndicke, Pressenspaltanzahl, Walzentempera­ tur, Papierfeuchtigkeit 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 wich­ tige 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 eine 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 Kalan­ drieren 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 ent­ weder mit Nebelstrahl vor dem ersten Pressenspalt oder mit einem oder mehreren an den Kalanderwalzen befindlichen Was­ serschabern auf die Kartonoberfläche 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 Maschinenge­ schwindigkeit abhängig. Die Kalanderwirkung nimmt mit stei­ gender Geschwindigkeit ab. Dies läßt sich durch Vergrößerung des Liniendruckes, Erhöhung der Anzahl der Pressenspalte oder Steigerung der Temperatur kompensieren.

In schnellaufenden Papiermaschinen stellt sich im Ka­ lander ein oft schwierig zu beseitigender Nachteilfaktor, die sog. Striemenbildung (barring), ein. In der Bahn ent­ stehen querverlaufende, deutlich sichtbare und sich in regel­ mäßigen Abständen wiederholende Druckstellen, Striemen Diese Abdrucke können auch in dem in Maschinenrichtung ver­ laufenden Dickenprofil der Bahn deutlich festgestellt werden. Der Abdruck wird durch Kalanderschwingungen verursacht, die Veränderungen des Liniendruckes in den Pressenspalten verur­ sachen.

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 abso­ lut 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 Mängel 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 Maschinen­ richtung eine Zone hat, in der sie dicker als anderswo ist, entsteht in diesem Bereich im Pressenspalt ein größerer Lini­ endruck. An dieser Stelle entwickelt sich mehr Wärme als an­ derswo, die Temperatur der Walzen steigt und deren Durchmes­ ser wächst, was zu weiterer Wärmeentwicklung führt. Der Ka­ lander hat also eine das quer verlaufende Dickenprofil der Bahn naturgemäß korrigierende Wirkung. Diese selbstkorri­ gierende Wirkung reicht jedoch nicht aus, sondern das Dicken­ profil 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 betref­ fende Magnetschuhvorrichtungen bekannt, in denen sich neben­ einander mehrere Teilkerne befinden, durch deren Regelung die Heizwirkung der Walze in Axialrichtung geregelt wird. Bezüg­ lich der Induktionsbeheizung von Walzen wird als Beispiele auf die FI-Patentanmeldungen FI 70358, FI 74826 und FI 71375 hingewiesen. Zusätzlich wird auf die Patentanmeldung FI 73260 der Anmelderin hingewiesen.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Kalandrieren sowie ein gat­ tungsgemäßer Kalander sind aus der DE 33 40 683 A1 bekannt. Nach diesem bekannten Verfahren wird eine Bahn durch drei Ka­ landrierspalte geführt, die durch insgesamt vier Kalanderwalzen gebildet sind. Der Zylindermantel einer Kalanderwalze wird durch eine außenseitige Heizvorrichtung aufgeheizt. Bei hoher Ka­ landriergeschwindigkeit können sich jedoch möglicherweise Pro­ bleme mit der Oberflächenqualität der Bahn ergeben.

Aus Crotogino, R. H., in Tappi Journal Oktober 1982, Seiten 97 bis 101 ist ein Kalandrierverfahren bekannt, bei dem mit sehr großen Temperaturunterschieden zwischen den Kalanderwalzen und der zugeführten Bahn gearbeitet wird. Die Kalanderwalzen eines Kalandrierspaltes haben jedoch gleiche Temperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und den Kalander gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 so weiterzuentwickeln, daß auch bei hohen Kalandriergeschwindigkeiten eine zu starke Zunah­ me der Oberflächenrauhigkeit verhindert ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale und hinsichtlich des Kalanders durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 genannten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen defi­ niert.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalandrieren bzw. dem erfindungsgemäßen Kalander wird die zugeführte Bahn im ersten Kalandrierspalt zunächst auf einer Seite aufgeheizt, so daß sich in der Bahn ein stetig ansteigender Temperaturverlauf bildet. Im zweiten Kalandrierspalt wird die zugeführte Bahn von der anderen Seite aufgeheizt, so daß ein Temperaturgradient mit entgegenge­ setztem Vorzeichen in der Bahn erzeugt wird. Der besondere Vor­ teil dieses Verfahrens liegt darin, daß die zugeführte Bahn auf diese Art und Weise sehr gleichmäßig Wasser abgeben kann, so daß beide Deckschichten der Bahn eine hohe Oberflächenglätte errei­ chen. Ebenso verringert sich die Tendenz zur Striemenbildung, die aufgrund von Schwingungen der Kalanderwalzen und damit her­ vorgerufenen Veränderungen des Liniendrucks entstehen.

Erfindungsgemäß können zum großen Teil Nachteile abgeschafft werden, die in bekannten Kalandern, insbesondere in Zeitungs­ druckpapierkalandern 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. Des­ halb werden auch an die Maschinenkalander größere Forderungen als früher gestellt.

Das Kalandrieren, insbesondere das Kalandrieren von Zeitungsdruckpapier, wird in der Richtung verändert, daß die mecha­ nische Belastung des Papieres in den Kalandrierspalten verringert wird und diese Verringerung hauptsächlich durch Verstärkung desjenigen Anteils des Kalandrierens ersetzt wird, der die plastischen Eigenschaften des Papieres aus­ nutzt.

Bereits im Betrieb befindliche Kalander, z. B. bekannte Vier-Walzen- Kalander können flexibel und mit relativ niedrigen Kosten in einen das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung verwirklichenden Kalander umgewandelt werden.

Der erfindungsgemäß arbeitende Kalander kann deshalb Gradientkalander genannt werden, weil in der Erfindung die Temperaturdifferenzen der zu kalandrierenden Bahn in Richtung der Dicke und in einigen Ausführungen auch die Feuchtigkeits­ differenzen, 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 Temperaturdif­ ferenzen bezüglich der Kalanderwalze außenseitige regelbare Heizvorrichtungen, zweckmäßig berührungslose Induktionsheiz­ vorrichtungen, eingesetzt werden, werden durch diese eine Maßnahme zwei wichtige Vorteile geschaffen, nämlich zum er­ sten der Vorteil, daß sich mit ein und denselben Heizvorrich­ tungen das Querprofil der Kalanderpressenspalte und damit das Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn beherrschen lassen und zum zweiten der Vorteil, daß die Verwendung der außensei­ tigen Heizvorrichtungen den innenseitigen Raum des Walzenman­ 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 wer­ den. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Heizanordnungen lassen sich auch leicht die bezüglich der Ziele der Erfindung ge­ nügend 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.

In einigen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfin­ dung sind zur Beherrschung des betreffenden Temperaturgra­ dienten ein oder mehrere Mittelwalzen des Kalanders an ein Kühl- oder Heizaggregat angeschlossen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf einige in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Kalander, in der das erfin­ dungsgemäße Verfahren angewendet wird.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Kalanderstapel sowie einzelne mit dessen Funktion verbundene Para­ meter, die auf den Kalandriervorgang einwirken.

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab den ersten Kalandrier­ pressenspalt von Fig. 2

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine in der Er­ findung verwendete regelbare Magnetschuhvor­ richtung.

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

Fig. 6 zeigt einige vorteilhafte Beispiele für Kombi­ nationen von Kalanderveränderlichen und Kalan­ drierarten 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 un­ terseitigen Endwalze 24 besteht, an der sich ein Schaber 29 befindet. Die beiden Endwalzen 21 und 24 sind mit Durchbie­ gungskompensations- oder Durchbiegungsregelungsvorrichtungen 25; 28 ausgerüstet, die sich in an sich bekannter Weise in­ nerhalb der Walze 21, 24 befinden und entweder mit einem Druckmedium und/oder magnetisch arbeiten. Als Zwischenwalzen 22 und 23 des Kalanders dienen zweckmäßig sog. Doppelmantel­ heizwalzen, an deren Stirnseiten sich Kupplungsvorrichtungen 26 und 27 befinden, über welche die Innenräume der Zwischen­ walzen 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 Konstruk­ tion 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 Magnet­ strom 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 Rege­ lung 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 FI 73260 der Anmelderin genauer beschrieben ist. Eine kleine Eindringtie­ fe steigert außerdem die Regelungsgenauigkeit und -geschwin­ digkeit.

Nach Fig. 1 ist die an der Endwalze 21 befindliche Heizvorrichtung 30, die sich über die ganze Länge der End­ walze 21 erstreckt, an Transportvorrichtungen (nicht darge­ stellt) befestigt, mit denen sich die Heizvorrichtung 30 in die gestrichelt dargestellte Lage 30′ z. B. bei einem Riß der Bahn W oder für andere Wartungszwecke heben läßt. Am Haupt­ teil 40 der Heizvorrichtung 30 sind zu beiden Seiten bogen­ förmige Wärmeisolierungselemente 16 und 17 gelenkig gelagert.

An der Unterwalze 24 befinden sich entsprechende Wärmeiso­ lierungselemete 18 und 19. Die Wärmeisolierungselemente 16, 17, 18 und 19 sind mit Horizontalgelenkachsen 16a, 17a, 18a und 19a am Hauptteil 40 der Heizvorrichtungen 30 derart befe­ stigt, daß sich diese Elemente in eine geöff­ nete 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 Ka­ lander aus der Papiermaschinentrockenpartie mit dem Bezugs­ zeichen W_ein und der Austritt aus dem Kalander mit dem Bezugs­ zeichen W_aus bezeichnet. Nach Fig. 1 befindet sich an der Eintrittsseite W_ein eine Kühlwalze 12, die von der Bahn W_ein 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 Kühlwas­ seraggregat angeschlossen ist. Für die Bahn W sind nach der Kühlwalze 12 drei alternative Einläufe W_a, W_b und W_c in den Kalander dargestellt. Die einzelnen Zuführungen der Bahn W werden durch verschiedene Stellungen 15a, 15b und 15c der Leitwalze 15 verwirklicht. Die Leitwalze 15 ist am Kalander­ ständer 10 z. B. über Hebelarme und/oder Führungsvorrichtun­ gen 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 ein­ gewirkt werden, in der die Bahn W in den ersten Kalanderpres­ senspalt N₁ kommt, der zwischen den Walzen 21 und 22 gebildet wird. Der Lauf W_a der Bahn in den Spalt N₁ verläuft tangen­ tial. Der Lauf W_b läuft in den Spalt N₁ 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 bestimmen­ de Lauf W_c der Bahn läuft in den Pressenspalt N₁ 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 wer­ den, 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 Befeuchtungsvorrich­ tungen 13 und 14. Mit diesen Vorrichtungen 13, 14 werden zur Erzielung eines geeigneten Feuchtigkeitsgradienten in Rich­ tung der Bahndicke Wasserstrahlen S auf eine oder beide Flä­ chen der Bahn W gespritzt. Die Befeuchtung ist nicht bei allen Fahrweisen nötig.

In Fig. 2 ist schematisch ein Kalanderstapel 20 darge­ stellt, dessen Vertikalmittelebene in der Ebene K-K liegt. Die Pressenspalte N₁, N₂ und N₃ befinden sich in der genann­ ten Ebene K-K. Die Walzen des Stapels 20 können bei Bedarf in an sich bekannter Weise bezüglich der Ebene K-K sog. Off­ set haben. Die Oberflächentemperaturen der Walzen 21, 22, 23 und 24 sind mit T₁, T₂, T₃ und T₄ bezeichnet. Dementspre­ chend sind die Liniendrücke der Pressenspalte N₁, N₂ und N₃ mit K₁, K₂ und K₃ bezeichnet. Die Temperatur der in den ersten Pressenspalt N₁ kommenden Bahn W ist mit T_o bezeich­ net.

Fig. 3 veranschaulicht die Bildung des Temperaturgra­ dienten im Pressenspalt N₁.

In der folgenden Tabelle sind einige geeignete Bereiche der Temperaturen T₁, T₂, T₃ und T₄ sowie der Liniendrücke K₁, K₂ und K₃ dargestellt.

Die im vorstehenden angeführten erhöhten Temperaturen T_1, T₄ = 150 . . . 200°C der Endwalzen 21 und 24 werden mit den im vorstehenden nur vorläufig beschriebenen Heizvorrichtungen 30 erzeugt, mit denen auch das Temperaturprofil in Axialrich­ tung der Walzen 21 und 24 beherrscht werden kann. Der Tempe­ raturbereich der Mittelwalzen 22 und 23 T₂, T₃ = 40 . . . 50°C wird entweder ohne irgendwelche besondere Maßnahmen oder bei Bedarf durch Kühlung oder Heizung der Walzen 22, 23 erreicht.

Nach Fig. 3 kommen die Deckschichten der Bahn W nicht auf die Außenoberflächentemperaturen T₁ und T₂ der Walzen 21 und 22, sondern erreichen bestimmte niedrigere Temperaturen T₂′ und T₁′, deren Differenz T₁′-T₂′ = T ≅ 50°C ein Beispiel für den im Ausführungsbeispiel genutzten Tempe­ raturgradienten vertritt, der eine vorteilhafte Wirkung auf die plastischen Eigenschaften des Fasergefüges der zu kalandrierenden Bahn W ausübt. Die Temperatur der Innenschicht der Papierbahn W bleibt im wesentlichen auf der Temperatur T_o, mit der die ganze Bahn W in den ersten Pressenspalt N₁ kommt. Die Temperatur T_o beträgt z. B. ca. 40°C. Genannte Temperatur T_o kann mit der Kühlwalze 12 geregelt werden.

Der im Pressenspalt N₁ 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 T₁′ der Deckschicht 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 Be­ darf können sich an einer Walze mehrere Heizvorrichtungen befinden. Der Mantel der Walze 21 und/oder 24 besteht aus einem geeigneten ferromagnetischen Material, das unter Be­ rücksichtigung 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 Durchbiegungskompensa­ tions- oder Durchbiegungsregelungsvorrichtungen, für die dank der außenseitigen Heizvorrichtung 30 ein freier Raum vorhan­ denbleibt, weil im Innenraum der Walze 21, 24 keine mit flüs­ sigem Medium arbeitenden oder andere entsprechende Heizvor­ richtungen verwendet zu werden brauchen.

Zur Vorrichtung 30 gehören mehrere nebeneinanderliegen­ de Teilkerne 31₁, 31₂ . . . 31 _N (N Stück), deren Lagen sich unab­ hängig 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 Frequenz f eingespeist. Durch Regulierung der Frequenz f des Magnetisierungsstromes läßt sich die Eindringtiefe der Induk­ tionsheizung z. B. auf die in der FI 73260 der Anmelderin beschriebene Weise regeln. Bezüglich des Niveaus der Heizwirkung und der Regelung von deren Verteilung sowie bezüglich der Elektro- und Regelungs- Vorrichtungen überhaupt wird auf letztgenannte Fi-Patentan­ meldung 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 in­ nerhalb eines Führungsrohres 37 befinden. Die Arme 35 sind über Gewinde 41 mit Schrauben 42 verbunden, die von Schraub­ motoren 36 angetrieben werden. Die Schraubmotoren 36 sind in an sich bekannter Weise an ein Regelungssystem (nicht dar­ gestellt) angeschlossen. Durch Einstellung des Niveaus des Luftzwischenraumes d der Teilkerne 31 und/oder durch Einstel­ lung des Niveaus des Magnetisierungsstromes der Spule 32 kann das Temperaturniveau T₁; T_o 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 Kalanders beschrie­ ben. In der ersten Vertikalspalte der Tabelle nach Fig. 6 stehen die Nummern 1, 2, 3 und 4 der einzelnen Beispiele. In der nächsten Vertikalspalte sind die Konfigurationen des Kalanders, Temperaturen der einzelnen Walzen und Linienbe­ lastungen der einzelnen Pressenspalte dargestellt. In der dritten, vierten und fünften Vertikalspalte sind in der Rei­ henfolge die Kalandrierart, die arbeitenden Spalte, der Ka­ landrierkode 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 niedri­ gerer Temperatur als gewöhnlich,
KO+ = konventionelles Kalandrieren bei höherer Tempera­ tur als gewöhnlich,
LG = erfindungsgemäßes auf Temperaturgradient beruhendes Kalandrieren,
KG = auf Feuchtigkeitsgradient beruhendes Kalandrieren.

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

Die Beispiele 3 und 4 nach Fig. 6 stellen erfin­ dungsgemäße Temperaturgradient-Kalandrierfahrweisen dar, von denen einige zudem mit Feuchtigkeitsgradientenfunktion ver­ bunden sind.

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

Claims (16)

1. Verfahren zum Kalandrieren, insbesondere Maschinen­ kalandrieren einer Bahn (W), die durch Kalandrierspalte (N₁, N₂, N₃) geführt wird, in denen jeweils mit vorbestimmtem Liniendruck (K₁, K₂, K₃) gepreßt wird, wobei ein Zylinder­ mantel mindestens einer der jeweils die Kalandrierspalte (N₁, N₂, N₃) bildenden Kalanderwalze (21, 22, 23, 24) durch mindestens eine außenseitige Heizvorrichtung (30, 40) aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Kalandrierspalte (N₁) durch einen vorbestimmten Temperaturunterschied (ΔT) der diesen Kalandrierspalt (N₁) bildenden Kalanderwalzen (21, 22) in der Bahn (W) zwischen der Innenschicht und einer Deckschicht ein Temperaturgradient erzeugt wird, während in einem anderen der Kalandrierspalte (N₃) zwischen der Innenschicht und der anderen Deckschicht der Bahn (W) ein entgegengesetzt gerichteter Temperatur­ gradient erzeugt wird, wobei die Temperatur der zugeführten Bahn (W) zwischen den Temperaturen der jeweils den Kalandrierspalt (N₁, N₃) mit vorbestimmtem Temperaturunterschied (ΔT) bildenden Kalanderwalzen (21, 22, 23, 24) liegt.

2. Kalander, insbesondere Maschinenkalander, mit mehreren Kalanderwalzen (21, 22, 23, 24), die Kalandrier­ spalte (N₁, N₂, N₃) bilden, in denen eine zugeführte Bahn (W) mit vorbestimmtem Liniendruck (K₁, K₂, K₃) preßbar ist, wobei ein Zylindermantel mindestens einer Kalanderwalze (21, 22, 23, 24) durch mindestens eine außenseitige Heizvorrichtung (30, 40) aufheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturunterschied (ΔT) der Kalanderwalzen (21, 22) einer der Kalandrierspalte (N₁) so gewählt ist, daß sich in der Bahn (W) von einer Deckschicht zur Innenschicht, ein Temperaturgradient bildet, während ein Temperaturunterschied der Kalanderwalzen (23, 24) eines anderen der Kalandrierspalte (N₃) so gewählt ist, daß sich ein entgegen­ gesetzt gerichteter Temperaturgradient bildet, wobei die Temperatur der zugeführten Bahn (W) zwischen den Temperaturen der jeweils den einen oder anderen Kalandrierspalt (N₁, N₃) bildenden Kalanderwalzen (21, 22, 23, 24) liegt.

3. Verfahren zum Kalandrieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Endwalzen innenseitig durch Biegung kompensiert oder geregelt werden, und daß den Heizvorrichtungen (30, 40) das Axialprofil der Kalanderspalte (N₁, N₂, N₃) und das quer verlaufende Dickenprofil der zu kalandrierenden Bahn (W) durch die Wirkung der durch die Temperaturveränderungen der zu erhitzenden Kalanderwalzen (21, 22, 23, 24) entstehenden Veränderungen der Walzenradien geregelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kalandrieren kommende Bahn (W_ein) von einer oder beiden Seiten befeuchtet wird, um einen Feuchtigkeitsgradienten zwischen der einen oder beiden Deck­ schichten der Bahn (W) und der Innenschicht der Bahn (W) zu erzielen und daß der Feuchtigkeitsgradient zum Kalandrieren genutzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte einen oder mehrere Kalanderspalte bildende Kalanderwalzen (21, 24) beheizt werden und bestimmte andere Kalanderwalzen (22, 23) derart gekühlt werden, daß die Temperaturdifferenz der einander entgegensetzten Deckschichten der zu kalandrierenden Bahn (W) in einer Größenordnung von T ≈ 50°C liegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kalanderwalzen (21, 24) elektromagnetisch mit auf Induktionserhitzung beruhenden, berührungslosen Magnetschuhvorrichtungen (30, 40) beheizt werden, mit denen das in axialer Richtung verlaufende Temperaturprofil des Zylindermantels der zu heizenden Kalanderwalze (21, 24) zur Beeinflussung des Querprofils der kalandrierenden Bahn (W) einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der in den ersten Kalanderspalt (N₁) des Kalanders zu bringenden Bahn (W) durch Verstellung der Lage einer Leitwalze (15) der Bahn (W) geregelt wird, wodurch außerdem der im ersten Kalanderspalt (N₁) herrschende Temperaturgradient einstellbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Liniendrücke der Kalander­ spalte (N₁, N₂, N₃) im Bereich ca. 20-200 kN/m liegen, wobei der untere Grenzwert die höchste Linienbelastung des Kalanderspaltes (N₁) und die obere Grenze des im vorstehenden definierten Bereiches die niedrigste Linienbelastung des untersten Spaltes (N₃) oder die Linienbelastung des einzigen Kalanderspaltes vertritt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der an ihrem Zylindermantel beheizten Kalanderwalzen, zweckmäßig der Endwalzen (21, 24) des Kalanders, im Bereich 110-250°C liegen und die Temperaturen der übrigen Kalanderwalzen, zweckmäßig Zwischenwalzen (22, 23), in der Größenordnung von 40°C liegen und daß die Temperatur der in den Kalander kommenden Bahn (W_ein) in der Größenordnung von 50°C liegt.

10. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Endwalzen (21, 24) des Kalanders mit innenseitigen Durchbiegungskompensations- oder Durchbiegungs­ regelungsvorrichtungen (25, 28) ausgerüstet sind, wobei 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 die erforderliche Temperatur geheizt wird und daß die Heizvorrichtungen auch als Regelungsvorrichtungen des Querprofils wirken.

11. Kalander nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung oder -vorrichtungen (30) auf elektro­ magnetischer Induktionserhitzung beruhende Magnetschuhvor­ richtungen verwendet werden, die in Querrichtung zur Bahn (W) mehrere aufeinander folgende Teilkerne (31₁ . . . 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 Einzel­ kernes (31) und damit die Verteilung der Heizwirkung und auch des Gesamtniveaus in Axialrichtung der Walze (21, 24) regeln läßt.

12. Kalander nach Anspruch 2, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Endwalzen (21, 24) des Kalanders mit elektromagnetischen berührungslosen Induktionsheizvor­ richtungen ausgerüstet sind, deren Wirkung auf in dem zu be­ heizenden Walzenmantel entstehenden Wirbelströmen beruht und daß zum Kalander außer den beheizten Walzen (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.

13. Kalander nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß um die außenseitig beheizten Kalander­ walzen, vorzugsweise um die Endwalzen (21, 24) des Kalanders herum, Wärmeisolierungselemente (16, 17, 18, 19) angebracht sind, die vorzugsweise gelenkig am Hauptteil (40) der Heiz­ vorrichtungen (30) befestigt sind, daß sich die Heizelemente (16, 17, 18, 19) um einen großen Teil des Umfangs der be­ heizten Kalanderwalzen (21) legen.

14. Kalander nach Anspruch 2 oder 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kalander an der Eintrittsseite (W_ein) eine Kühlwalze (12) befindet, die an ihren Stirnseiten über Stutzen (12a) an ein Kühlmediumaggregat angeschlossen ist.

15. Kalander nach Anspruch 2 oder 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kalander entweder auf beiden Seiten oder einer Seite der Bahn (W) Befeuchtungsvor­ richtungen (13, 14) befinden, die Befeuchtungsstrahlen (S) auf die in den Kalander kommende Bahn (W_ein) richtet.

16. Kalander nach Anspruch 2 oder 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitwalze (15), die die Papierbahn (Wein) in den Kalander leitet, zum Zwecke der Regelung der Ausrichtung der in den ersten Spalt (N₁) kommenden Bahn und damit wenigstens zur teilweisen Beherrschung des in dem ersten Spalt (N₁) herrschenden Temperaturgradienten in verschiedene Lagen (15a, 15b, 15c) bringbar ist.