DE3815463C2 - - Google Patents
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
- D21G1/0073—Accessories for calenders
- D21G1/0093—Web conditioning devices
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art sowie
eine Kalanderanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine solche Kalan
deranordnung sind aus der DE-OS 36 00 033 bekannt. Die be
kannte Ausführungsform umfaßt zwei von der Papierbahn nach
einander passierte Walzenpaare, deren Walzen umgekehrt an
geordnet sind, d. h. beim ersten Walzenpaar greift die harte
Walze von der einen Seite an der Papierbahn an, beim zwei
ten Walzenpaar von der anderen Seite. Auf diese Weise er
gibt sich eine auf beiden Seiten gleiche Behandlung und
Oberflächenausbildung der Papierbahn. Die harte, d. h. die
Stahlwalze, ist bei den beiden Walzenpaaren auf eine Tem
peratur erhitzt, die mindestens der Temperatur entspricht,
bei der die Fasern der Papierbahn sich zu verformen begin
nen. Bei Papier liegt diese Temperatur bei ungefähr 175°C.
Durch die hohe Temperatur ergibt sich eine Papierbahn mit
verbessertem Glanz ohne wesentlichen Verlust an spezifischem
Volumen, d. h. Volumen pro Gramm Papiermasse, was dem Kehr
wert der Dichte entspricht.
Ein ähnlicher Stand der Technik ist auch in der US-PS
46 24 744 beschrieben.
Die Wirkung des Kalandrierens mit hochbeheizten
Stahlwalzen, was auch als Temperaturgradientenkalandrieren
bezeichnet wird, ist in der Arbeit von R.H. Crotogino
in der Zeitschrift "TAPPI" Journal Vol. 65 Nr. 10 (Oktober
1982), S. 97 bis 101 untersucht worden. Durch den Kontakt
der Papierbahn mit einer sehr heißen Walze beim Passieren
des Walzspalts werden die oberflächennahen Fasern auf eine
Temperatur gebracht, bei der sie teilplastisch zu werden
beginnen. Die Fasern sind bekanntlich hohl und werden in
dem teilplastischen Zustand dauerhaft flachgedrückt, wo
durch eine Einebnung der Oberfläche der Papierbahn ein
tritt, die natürlich durch die Friktion beim Arbeiten gegen
eine "weiche" Walze mit Papier- oder Kunststoffbelag noch
unterstützt wird. Da die Wärmeleitung von den äußeren
Schichten der Papierbahn in das Innere als Transportvor
gang zeitabhängig ist, findet in der kurzen Zeit des
Passierens des Walzspalts im Innern keine wesentliche Auf
heizung statt und bleibt die Temperatur dort niedrig, so
daß die Fasern im Innern nicht teilplastisch werden, viel
mehr ihre Elastizität behalten und nach dem Passieren des
Walzspalts in ihre alte Form zurückkehren. Die Plastifi
zierung bleibt also auf die Oberflächenschichten beschränkt.
Dieser Effekt ist erwünscht. Es soll an der Ober
fläche ein möglichst guter Glanz vorhandensein, ohne daß
die Papierbahn im Ganzen durch eine durch eine durchgehende
Plastifizierung zu einer kompakten Masse mit niedrigem
spezifischem Volumen und schlechter Opazität zusammenge
drückt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen
Effekt der Glanzerzeugung an der Oberfläche ohne Erniedri
gung des "Bulks", d.h. des spezifischen Volumens im Innern,
noch zu steigern.
Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen
Aspekt durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung
gelöst.
Durch die Kühlung ist erreicht, daß der Temperatur
gradient zwischen der heißen Oberfläche der harten Walze
und dem Innern der Papierbahn größer wird und die inneren
Bereiche also weiter von dem Temperaturbereich entfernt
bleiben, in welchem die glanzerhöhende Teilplastifizie
rung der Fasern eintritt. Diese Wirkung bleibt vielmehr
ganz auf die oberflächennahen Schichten beschränkt, so
daß die Papierbahn im Innern ihr spezifisches Volumen
behält und eine gute Opazität und Bedruckbarkeit aufweist.
Die Kühlung von mit Glätte und Glanz zu versehenen
Papierbahnen ist für sich genommen auch in der US-PS
42 77 524 beschrieben. Hierbei handelt es sich aber nicht
um eine Einwirkung auf die Fasern der Papierbahn. Die
Papierbahn ist vielmehr mit einer Kunstharzemulsion ge
strichen, die, nachdem sie beim Durchgang durch einen er
sten Walzspalt plastifiziert worden ist, vor dem Durchgang
durch einen zweiten Walzspalt wieder erstarren soll, damit
sich ein besonders erhöhter Glanz auf dem Strich ergibt.
Der Wärmeentzug bei der Kühlung kann einseitig oder
von beiden Seiten erfolgen. Er muß jedoch so durchgrei
fend sein, daß auch den inneren Bereichen der Papierbahn
merklich Wärme entzogen wird.
Es kann sich empfehlen, die Glättwirkung der
hochbeheizten harten Walze durch eine zusätzliche Ober
flächenbeheizung der Papierbahn auf der zu glättenden
Seite zu unterstützen.
Während also die Kühlung der Erhaltung des Bulks im
Innern der Papierbahn dient, erhöht die Oberflächenbehei
zung die Glanzwirkung der harten Walze durch eine schon
vorher vorgenommene Steigerung der Oberflächentemperatur.
Die zusätzliche Oberflächenbeheizung sollte natürlich so
vorgenommen werden, daß sie sich auf die Oberfläche be
schränkt, damit nicht die Wirkung der Kühlung wieder zu
nichte gemacht wird. Sie kommt insbesondere bei hohen Ar
beitsgeschwindigkeiten in Betracht, bei denen es schwierig
sein kann, die erforderliche Aufheizung in dem kurzen Kon
taktzeitraum der Papierbahn in der hochbeheizten harten
Walze zustande zu bringen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die dem Anspruch 1
entsprechende Kalanderanordnung, die in
Anspruch 3 wiedergegeben ist.
In den meisten Fällen wird es darum gehen, die Papier
bahn von beiden Seiten zu behandeln, um ihr auf beiden Sei
ten im wesentlichen gleiche Eigenschaften zu verleihen.
In der bevorzugten Ausführungsform sind daher zwei
Walzenpaare vorhanden, die zwei von der Papierbahn nach
einander durchlaufene Walzspalte bilden, wie es in der
DE-OS 36 00 033 dargestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform sollte gemäß Anspruch 4
zumindest dem zweiten Walzspalt eine Kühleinrichtung für
die durchlaufende Papierbahn vorgeschaltet sein, um der
Temperaturerhöhung im Innern entgegenzuwirken, die durch
die Behandlung der Papierbahn im ersten Walzspalt und das
anschließende Eindringen der Wärme in die Papierbahn ver
ursacht wird.
Die durchgreifendste Wirkung findet statt, wenn bei
den Walzspalten eine Kühleinrichtung vorgeschaltet ist
(Anspruch 5).
Die Kühleinrichtung kann im einzelnen gemäß Anspruch 6
oder 7 ausgebildet sein.
Wie bereits erwähnt, kann die Glättwirkung der hoch
beheizten harten Walze unterstützt werden, indem auf die
Papierbahn auf die zu glättende Seite schon vor dem Einlauf
in den betreffenden Walzspalt eine gewisse Wärmemenge auf
gebracht wird (Anspruch 8).
Die entsprechende Heizeinrichtung kann im einzelnen
gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 ausgebildet sein.
Die Durchführung des Verfahrens bedarf je nach Art,
Vorbehandlung und Feuchtegehalt der Papierbahn sowie Ar
beitsgeschwindigkeit und Druck in den Walzspalten im ein
zelnen einer sorgfältigen Steuerung der übertragenen Wärme
mengen.
Soweit diese Wärmemengen mittels umlaufender Walzen
der Papierbahn entzogen bzw. auf diese aufgebracht werden,
ist die Änderung des Umschlingungswinkels gemäß den An
sprüchen 12 und 13 eine relativ einfach zu verwirklichende
Methode, die Kontaktzeit der Bahn an der betreffenden Walze
und damit die übergehende Wärmemenge anzupassen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung schematisch dargestellt. Sie zeigt eine Seiten
ansicht der erfindungsgemäßen Kalanderanordnung.
Die als Ganzes mit 100 bezeichnete Kalanderanordnung
umfaßt zwei Walzenpaare 10 und 20, die von der Papierbahn 1
nacheinander durchlaufen werden und jeweils eine hochbe
heizte Stahlwalze 2 mit Oberflächentemperaturen im Bereich
von 150 bis 250°C sowie eine "weiche", d. h. mit einem
Papier- oder Kunststoffbezug 4 versehene Walze 3 umfassen.
Bei dem Walzenpaar 10 greift die hochbeheizte Stahlwalze 2
von unten an der der Papierbahn 1 an, bei dem Walzenpaar 20
die entsprechende hochbeheizte Stahlwalze 2 von oben.
Zumindest eine der zusammenwirkenden Walzen 2, 3 jedes
Walzenpaars 10, 20 ist durchbiegungsgesteuert. Zum Schutz
des Belages 4 der weichen Walze 3 kann vorgesehen sein, daß
die Papierbahn 1 breiter ist als die Belagbreite, so daß
der Belag 4 nicht gegen die hochbeheizte Walze 2 läuft. Die
überstehenden Ränder können nach Beendigung der Behandlung
abgetrennt werden.
Die Papierbahn 1 läuft mit dem üblichen Feuchtigkeits
gehalt von 5 bis 15 % zunächst gemäß der Zeichnung von
links durch ein Kühlfeld 5, in welchem beispielsweise kalte
Luft auf die Bahnoberfläche aufgeblasen und dadurch ihre
Temperatur abgesenkt wird, beispielsweise unter die Umge
bungstemperatur, wenn die Papierbahn 1 vorher Umgebungs
temperatur hatte.
Die gekühlte Papierbahn 1 wird sodann über eine Um
lenkrolle 6 vertikal nach unten umgelenkt und passiert eine
Heizvorrichtung 7, die zum Beispiel als Strahlungsheizung
ausgebildet sein kann und mittels deren die Papierbahn ober
flächlich auf der der beim Passieren des Walzenpaars 10
der hochbeheizten harten Walze 2 zugewandten Seite eine
Temperaturerhöhung erfährt. Nach Zurücklegung eines ver
tikalen Abschnitts, in dem sich die Heizvorrichtung 7 be
findet, wird die Papierbahn 1 über eine vertikal bewegliche
Umlenkrolle 8 geführt. Danach läuft die Papierbahn 1 in den
Walzspalt 9 des ersten Walzenpaars 10 ein. Die vertikale
Beweglichkeit der Umlenkrolle 8 hat den Zweck, den Umschlin
gungswinkel α der hochbeheizten harten Walze 2 zu ändern,
um durch eine entsprechend geänderte Kontaktzeit den Wärme
übergang von der Walze 2 auf die in dem Walzspalt 9 zu
glättende untere Seite der Papierbahn 1 zu ändern und an
passen zu können.
Die Wirkung der Behandlung in dem Walzspalt 9 auf die
zu glättende untere Seite der Papierbahn 1 wird über eine
Glättemeßeinrichtung 11 erfaßt, deren Signale in einer Steu
ereinrichtung 12 verarbeitet und zur Steuerung der Lage der
Umlenkrolle 8 und damit des Umschlingungswinkels α benutzt
werden.
Die Papierbahn 1 hat nach dem Verlassen des Walzspalts
9 auf der Unterseite eine erhebliche Temperatur, die sich
normalerweise in das Innere der Papierbahn 1 ausbreiten
würde. Um dies zu verhindern, wird die Papierbahn 1 über
eine Kühlwalze 13 geleitet, die dem nächsten Walzenpaar 20
vorgeschaltet ist. Dadurch wird die vorher hochbeheizte
Seite der Papierbahn 1 abgekühlt und ihr insgesamt Wärme
entzogen. Das Maß der Kühlwirkung kann durch Änderung des
Umschlingungswinkels b der Kühlwalze 13 mittels der heb-
und senkbaren Umlenkrolle 14 gesteuert werden.
Der Umlenkrolle 14 folgt in Bahnlaufrichtung eine
heb- und senkbare Umlenkrolle 15 derart, daß zwischen den
Umlenkrollen 14 und 15 ein vertikaler Bahnabschnitt vor
handen ist, dessen Lage sich bei Änderungen der Lage der
Umlenkrollen 14, 15 nicht ändert und in dem der der hochbe
heizten Walze 2 des zweiten Walzenpaars 20 zugewandten obe
ren Seite der Papierbahn 1 eine Heizeinrichtung 16 gegenüber
steht, die die Warenbahn 1 oberflächlich aufheizt. Mit der
oberflächlichen Zusatzwärme gelangt die Warenbahn 1 in den
Walzspalt 19 des zweiten Walzenpaars 20, wobei der Umschlin
gungswinkel γ der hochbeheizten Walze 2 und damit deren Ein
wirkung auf die Papierbahn 1 durch die Stellung der Umlenk
rolle 15 bestimmt ist.
Der Effekt der Behandlung in dem Walzspalt 19 wird
durch die Meßeinrichtung 21 kontrolliert und einer Steuer
vorrichtung 22 eingegeben, die die Lage der Umlenkrolle 15
steuert.
Um eine Überhitzung der Beläge 4 der Walzen 3 zu ver
meiden, sind Temperaturmeßeinrichtungen 17 vorgesehen.
Zusätzlich zu den Kühleinrichtungen
5, 13 kann auch vorgesehen sein, daß die weichen Walzen 3
gekühlt sind, so daß also die Papierbahn 1 auf der einen
Seite an der hochbeheizten harten Walze 2, auf der anderen
Seite an der gekühlten Walze 3 anliegt. Die Kühlwirkung der
weichen Walze 3 kann durch Änderung des Umschlingungswin
kels beeinflußt werden. Es versteht sich, daß dann nicht
gleichzeitig auch der Umschlingungswinkel an der harten
Walze 2 geändert werden kann.
Alle genannten Merkmale können unterschiedlich kombi
niert werden. Statt des Kühlfeldes 5 kann die Kühlung an
dieser Stelle ebenfalls durch eine gekühlte Walze erfolgen.
Auch kann natürlich statt der gekühlten Walze 13 ein Kühl
feld vorhanden sein, wobei allerdings die gekühlte Walze 13
insofern Vorteile hat, als sie gezielt an der durch die
hochbeheizte harte Walze 2 des Walzspalts 9 aufgeheizten
Seite der Papierbahn 1 angreift. Die Heizvorrichtungen 7, 16
sind nur fakultativ. Es kann auch nur eine oder überhaupt
keine zusätzliche Heizvorrichtung vorhanden sein.
Claims (13)
1. Verfahren zur Erzeugung von Glätte und Glanz auf
einer Papierbahn in einer Kalanderanordnung mit mindestens
einem Walzenpaar, welches einen von der Papierbahn durch
laufenen Walzspalt bildet und eine weiche und eine harte
Walze umfaßt und bei welchem zumindest die harte Walze auf
eine Temperatur beheizt wird, bei der eine merkliche Pla
stifizierung der Oberflächenfasern der durch den Walzspalt
hindurchlaufenden Papierbahn eintritt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Papierbahn vor dem Einlauf in den Walz
spalt gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Papierbahn auf der zu glättenden Seite vor dem Ein
lauf in einen Walzspalt zusätzlich oberflächenbeheizt wird.
3. Kalanderanordnung zur Erzeugung von Glätte und
Glanz auf einer Papierbahn mit mindestens einem Walzenpaar,
welches einen von der Papierbahn durchlaufenen Walzspalt
bildet und eine weiche und eine harte Walze umfaßt und bei
welchem zumindest die harte Walze auf eine Temperatur
beheizbar ist, bei der eine merkliche Plastifizierung
der Oberflächenfasern der durch den Walzspalt hindurch
laufenden Papierbahn eintritt, zur Durchführung des Ver
fahrens nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Walzspalt (9, 19) eine Kühleinrichtung (5, 13) für
die hindurchlaufende Papierbahn (1) vorgeschaltet ist.
4. Kalanderanordnung nach Anspruch 3 mit zwei
Walzenpaaren, die zwei von der Papierbahn nacheinander
durchlaufene Walzspalte bilden, wobei die harte Walze
des einen Walzenpaars von einer Seite, die harte Walze
des anderen Walzenpaars von der anderen Seite an der
Papierbahn angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zu
mindest dem zweiten Walzspalt (19) eine Kühleinrichtung
(13) für die durchlaufende Papierbahn (1) vorgeschaltet
ist.
5. Kalanderanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß auch dem ersten Walzspalt (9) eine Kühl
einrichtung (5) für die durchlaufende Papierbahn (1) vorge
schaltet ist.
6. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (5) ein
Kühlfeld umfaßt, in welchem von mindestens einer Seite her
gekühlte Luft gegen die Papierbahnoberfläche geblasen wird.
7. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (13) eine
von der Papierbahn (1) umschlungene gekühlte Walze umfaßt.
8. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Walzspalt
(9, 19) eine Oberflächenbeheizeinrichtung (7, 16) für die
in dem Walzspalt (9 bzw. 19) zu glättende Seite der Papier
bahn vorgeschaltet ist.
9. Kalanderanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (7, 16) eine Strah
lungsheizung umfaßt.
10. Kalanderanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (7, 16) eine Einrich
tung zur Beblasung der Papierbahn (1) mit einem erhitzten
gasförmigen Medium umfaßt.
11. Kalanderanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine beheizte, von
der Papierbahn (1) umschlungene Walze umfaßt.
12. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschlingungswinkel (α, γ)
der Papierbahn (1) an der hochbeheizten harten Walze (2)
bzw. der beheizten Walze veränderbar ist.
13. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschlingungswinkel der
Papierbahn (1) an der gekühlten Walze (13) veränderbar ist.
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