DE4124940A1 - Kalanderanordnung - Google Patents

Description

Beim Heißglätten von Papier wird die Papierbahn zwischen zwei harten, d. h. eine metallische Arbeitsoberfläche aufweisenden Walzen hindurchgeleitet, die durch ihre hohe Temperatur die Papierbahn oberflächlich plastifizieren, so daß bereitwilliger eine hohe Glätte entsteht, ohne daß die Bahn im Innern kompaktiert wird und ihr Volumen ("bulk") verliert, was den Gebrauchseigenschaften des Papiers ab­ träglich wäre. Ein besonders Anwendungsgebiet der Papiere, auf die die Erfindung abzielt, sind hochwertige Zeitschrif­ tenpapiere, die eine brillante Bildwiedergabe liefern müssen.

Da die Papierbahn von der Herstellung in der Papier­ maschine her über die Breite ungleichmäßige Eigenschaften aufweisen kann, muß dafür Sorge getragen sein, daß die Dickenkonstanz der Papierbahn in Quer- und Längsrichtung verbessert und die Dicke insgesamt auf einen vorbestimm­ baren Wert eingestellt werden. Für eine solche Kalibrie­ rung kann ein Walzenpaar mit mindestens einer zonenweise durchbiegungssteuerbaren Walze eingesetzt werden, wie sie beispielsweise aus den DE-OSen 22 30 139, 30 03 395 oder 38 20 902 bekannt sind, um in dem Walzspalt an einer be­ stimmten Stelle einen von den Nachbarstellen abweichenden Druck ausüben zu können.

Es kann nun daran gedacht werden, die Heißglättung gleichzeitig mit der Kalibrierung vorzunehmen, indem die zonenweise durchbiegungssteuerbare Walze beheizt wird.

Durch die über die Walzenlänge bzw. Papierbahnbreite unterschiedliche Druckausübung der zonenweise durchbiegungs­ steuerbaren Walze wird jedoch auch die Wärmeabfuhr von der Walzenoberfläche beeinflußt. An den Stellen höheren Drucks wird mehr Wärme von der Walzenoberfläche abgenommen als an Nachbarstellen. Dadurch kühlt die Walze an der Stelle höherer Druckausübung gegenüber den Nachbarbereichen etwas ab, d. h. die unterschiedliche Druckausübung über die Walzenlänge bzw. Warenbahnbreite beeinflußt die Temperatur­ verteilung. Eine vorher eingestellte über die Warenbahnbreite gleichmäßige Temperatur erfährt bei unterschiedlicher Druck­ ausübung durch die zonenweise durchbiegungssteuerbare Walze eine Änderung. Dadurch indessen entstehen thermische Kontrak­ tionen oder Bombagen an der Walze, die wiederum das einge­ stellte Druckprofil stören.

Grundsätzlich wäre es nun möglich, die Abweichungen von einem vorgegebenen Temperaturprofil meßtechnisch zu erfassen und die Temperaturverteilung zu regeln. Die Temperatur­ steuerung kann dabei, wenn es sich um Walzen nach der DE-OS 22 30 139 handelt, von innen erfolgen, indem die einzelnen Stützelemente mit unterschiedlich temperierter Druckflüssigkeit beaufschlagt werden oder dem die Mengen temperierter Druck­ flüssigkeit bei den einzelnen Stützelementen unterschiedlich gemacht werden. Eine Alternative wäre die Beheizung von außen auf induktivem Wege, durch Anblasen mit Luft oder ähnliche Weise. Eine Regelung jedoch, die gleichzeitig den Druck und die Temperatur erfaßt und unwillkürliche Temperaturänderungen auszugleichen in der Lage ist, wäre außerordentlich aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kalibrierung der Dicke einer Papierbahn bei gleichzeitiger Heißglättung auf einfache Weise zu bewerkstelligen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Papierbahn wird hierbei in einer Maschine aus zwei Walzensätzen behandelt, denen verschiedene Funktionen zukommen.

Die Funktionen des Kalibrierens und des Heißglättens werden auseinandergezogen. Das erste Walzenpaar mit den harten Walzen sorgt für eine Einebnung der Papierbahn auf ein bestimmtes Maß, d. h. für die Kalibrierung. Die so vorbe­ handelte, eine über die Breite und Länge gleichmäßige Dicke aufweisende Papierbahn gelangt in das zweite Walzen­ satz, wo die Heißkalandrierung erfolgt. Hierfür bedarf es einer hochbeheizten Walze mit metallischer Arbeitsober­ fläche, d. h. im allgemeinen einer hochbeheizten Stahlwalze. Als hochbeheizte Walze soll in diesem Zusammenhang eine Walze verstanden sein, bei der die Temperatur der Arbeits­ oberfläche im Betrieb auf mindestens 180° gehalten werden kann. Da die Papierbahn beim Einlauf in das zweite Walzen­ paar bereits eine gleichmäßige Dicke aufweist, stellt sich hier das Problem der zonenweise ungleichmäßigen Druck­ ausübung nicht mehr und kann die Regelung auf die Einhal­ tung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung beschränkt werden. Die Einzelregelungen der Druckverteilung in dem ersten Walzenpaar und der Temperaturverteilung in dem zweiten Walzenpaar stellen auch in ihrer Summe noch einen wesentlich geringeren Aufwand dar als eine gleichzeitige Regelung der beiden in nur einer Walze voneinander nicht unabhängigen Variablen.

Aus der US-PS 46 70 102 ist eine Kalanderanordnung aus zwei Walzenpaaren bekannt, bei denen das erste Walzen­ paar aus zwei harten Walzen besteht und das zweite Walzen­ paar eine harte Walze und eine weiche Walze umfaßt und mit einem 2- bis 10-fachen höheren Liniendruck gefahren wird als das erste Walzenpaar. In dem zweiten Walzenpaar erfolgt jedoch keine Heißkalandrierung, und die Probleme, die aus der Notwendigkeit der Regelung von Druck- und Temperaturprofil bei erhöhter Temperatur resultieren, treten bei der US-PS 46 70 102 nicht auf. Über die Art der Walzen ist in der US-PS 46 70 102 ebenfalls nichts ausgesagt.

Aus der US-PS 31 24 504 ist eine Kalanderanordnung zur Erzeugung von Glanz auf ungestrichenem Papier bekannt, die eine harte hochbeheizte Walze (im Bereich von 100 bis 200° C) umfaßt, gegen die zwei weiche Walzen arbeiten, die also zwei Nips bilden, durch die die Papierbahn nach­ einander hindurchgeleitet wird. Die Papierbahn durchläuft also zuerst einen weichen Nip, und es findet somit keine Kalibrierung im Sinne der Erfindung statt.

Eine Verfahrensweise, bei der in einem ersten Walzen­ paar eine Glättung des Papiers und in einem unmittelbar folgenden Walzenpaar eine Mattierung erfolgen sollen, ist aus der DE-PS 38 21 027 bekannt. Die Mattierung findet jedoch bei Normaltemperatur statt, und die durch das Heiß­ glätten bedingten Probleme der Erfindung sind nicht gege­ ben.

Die Hochbeheizung der eine metallische Arbeitsober­ fläche aufweisenden Walze des zweiten Walzenpaars dient der Erzeugung eines besonders hohen Glanzes unter der tem­ peraturbedingten Plastifizierung der oberflächennahen Fa­ serbereiche. Der Effekt wird zweiseitig, wenn gemäß An­ spruch 2 auch die andere Walze beheizt oder hochbeheizt ist. Im letzteren Fall ergibt sich mit nur zwei Walzen­ paaren ein beidseitig hochglänzendes Papier.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist die Glanz­ wirkung im wesentlichen einseitig.

Wenn sich allein ein zweites Walzenpaar an das Ka­ librierwalzenpaar anschließt und beidseitig heißgeglättet werden soll, muß zwangsläufig die notwendig vorhandene durchbiegungssteuerbare Walze des zweiten Walzenpaars eben­ falls hochbeheizt sein. Der damit verbundene technische Aufwand kann vermieden werden, wenn zur Erzielung eines zweiseitigen Glanzes die Ausgestaltung der Kalanderanord­ nung nach Anspruch 4 gewählt wird, bei der die Heißglättung der beiden Seiten auf zwei Nips verteilt ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt.

Fig. 1 und 2 zeigen schematische Seitenansichten von Kalanderanordnungen.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Kalander­ anordnung umfaßt ein erstes Walzenpaar 10 und ein zweites Walzenpaar 20, deren Walzen jeweils vertikal übereinander­ liegen. Die Papierbahn 1 wird über Umlenkrollen 2, 3 hori­ zontal durch das Walzenpaar 10 und über die Umlenkrollen 3, 4 mit leichter Neigung durch das Walzenpaar 20 hindurch­ geleitet.

Die Walzen 11, 12 des Walzenpaars 10 sind kalibrier­ fähig, d. h. daß sie die Papierbahn 1 auf eine gleichmäßige Dicke einebnen können. Die Gleichmäßigkeit muß insbeson­ dere über die Bahnbreite gegeben sein. Die arbeitende Um­ fangsfläche der Walzen 11, 12 besteht aus Stahl oder Hart­ guß. Es kann sich also um ein "hartes" Walzenpaar im Sinne der Kalandersprache handeln. Zur Vermeidung von speckigen Stellen in der Papierbahn 1 kann aber eine der Walzen 11, 12 auch einen Belag aus einem sehr harten Kunststoff von bei­ spielsweise mehr als 82 Shore D tragen. Die Unterwalze 11 ist, um Ungleichmäßigkeiten der Dicke der Papierbahn 1 ausgleichen zu können, eine zonenweise durchbiegungs­ steuerbare Walze, die eine umlaufende, die arbeitende Wal­ zenoberfläche aufweisende Hohlwalze 13 und ein undrehbares Querhaupt 14 umfaßt, welches die Hohlwalze mit allseiti­ gem Abstand durchgreift und auf der dem Walzspalt 5 zuge­ wandten Seite eine über die Länge der Walze 11 durchge­ hende Reihe von unabhängig voneinander steuerbaren Stütz­ elementen 15 aufweist, die hydraulisch abgestützt sind und gegen den Innenumfang der Hohlwalze 13 anliegen; durch die unterschiedliche Beaufschlagung der einzelnen Stütz­ elemente 15 kann der Liniendruck längs des Walzspalts 5 variiert werden. Die Walzen 11, 12 arbeiten unbeheizt.

Das Ergebnis der Kalibrierung wird durch ein Dicken­ meßgerät 16 erfaßt, welches das Dickenprofil quer zu der Papierbahn 1 zu messen gestattet und das Ergebnis über eine Leitung 17 einem Regler 18 eingibt, der dementspre­ chend über die einzelnen Stützelemente 15 beaufschlagt, Die Zuleitungen zu den einzelnen Stützelementen sind nur durch die eine strichpunktierte Linie 19 wiedergegeben. Das Dickenmeßgerät kann aus über die Breite der Bahn ver­ teilten feststehend angeordneten Elementen bestehen oder quer zu der Bahn changieren, um das Dickenprofil zu er­ fassen. Der Regler 18 sorgt für eine über die Breite der Papierbahn 1 gleichmäßige Kalibrierung.

Die so behandelte und keine störenden Dickenunter­ schiede in Querrichtung und in Längsrichtung mehr auf­ weisende Papierbahn 1 läuft nun unmittelbar, d. h. ohne daß dazwischen ein weiterer Walzspalt passiert wird, in den Walzspalt 6 des zweiten Walzenpaares 20 ein, von dem die Oberwalze 22 eine hochbeheizte Stahlwalze ist, z. B. eine konventionelle Walze mit dicht unter dem arbeitenden Walzenumfang verlaufenden achsparallelen Bohrungen, durch die eine heiße Wärmeträgerflüssigkeit gepumpt wird, mittels deren auf dem arbeitenden Walzenumfang im Betrieb, also in der Berührung mit dem laufenden Papier, Temperaturen von mehr als 180° C, vorzugsweise von über 200° C, erreich­ bar sind. Die untere Walze 21 ist eine zonenweise durch­ biegungs- und temperatursteuerbare Walze mit undrehbarem Querhaupt 24 und darum umlaufender Hohlwalze 23, die einen harten, d. h. aus Stahl oder Stahlguß bestehenden, arbei­ tenden Walzenumfang aufweist und von innen durch eine Reihe von Stützelementen 25 gegen den Walzspalt 6 hin abgestützt wird, die mit beheizter Druckflüssigkeit beaufschlagt sind. Bei der Steuerung der Walze 21 steht der Druck nicht im Vordergrund; dieser soll über die Länge der Walze 21 gleich­ mäßig sein. Der Regler 28 dient in diesem Fall vielmehr dazu, in Abhängigkeit von dem von dem Temperaturfühler 26 gemessenen Temperaturprofil, welches über die Leitung 27 dem Regler 28 zugeführt wird, den einzelnen Stützelemen­ ten über die Leitung 29 Druckflüssigkeit unterschiedlicher Temperatur bzw. unterschiedlichen Mengen ein und dersel­ ben Druckflüssigkeit erhöhter Temperatur zuzuführen, um eine gleichmäßige Verteilung einer hohen Temperatur an der Oberfläche der Hohlwalze 23 sicherzustellen. Wenn die­ se Temperatur hoch genug ist, d. h. im Bereich der Hoch­ beheizung liegt, wird beim Durchgang des kalibrierten Pa­ piers nur durch das Walzenpaar 20 eine beidseitige Heiß­ glättung auf einen hohen Glanzwert erhalten. Wenn es nur um einen einseitigen Glanz geht, kann der arbeitende Wal­ zenumfang der Walze 21 auch durch einen harten (mehr als 82 Shore D) temperaturunempfindlichen Kunststoff gebildet sein, wie es bei 30 angedeutet ist.

In dem Walzenpaar 10 wird die Papierbahn 1 also ein­ geebnet, in dem Walzenpaar 20 unter Plastifizierung der oberflächennahen Fasern durch die hohe Temperatur mit Glanz versehen.

Bei der Kalanderanordnung 200 der Fig. 2 sind die Walzenpaare 10 und 20 gegenüber Fig. 1 unverändert, wobei die Walze 21 einen harten temperaturunempfindlichen Kunst­ stoffbelag 30 aufweist. Es ist dem Walzenpaar 20 jedoch ein weiteres heißglättendes Walzenpaar 20′ unmittelbar nachgeschaltet, welches ebenso ausgebildet ist wie das Walzenpaar 20 und dessen entsprechende Teile jeweils mit einer gestrichenen Bezugsziffer gekennzeichnet sind. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Walzen 21′, 22′ umgekehrt angeordnet sind wie die Walzen 21, 22, insofern die hochbeheizte Walze 22′ von der anderen Seite an der Papierbahn 1 angreift. Auf diese Weise können beide Sei­ ten gleichmäßig mit einem hohen Glanz versehen werden, ohne daß eine der durchbiegungssteuerbaren Walzen 21, 21′ hochbeheizt sein muß.

Claims (4)

1. Kalanderanordnung (100) zur Erzeugung von kali­ briertem und glänzendem Papier, mit einem ersten Walzen­ paar (10) mit kalibrierfähigen Walzen (11, 12), von denen mindestens eine (11) zonenweise durchbiegungssteuerbar ist und zwischen denen die Papierbahn (10) zum Zwecke der Kalibrierung hindurchläuft, und mit mindestens einem zwei­ ten, dem ersten Walzenpaar (10) unmittelbar folgenden Wal­ zenpaar (20), von dem mindestens eine Walze (22) eine hoch­ beheizte Walze mit metallischer Arbeitsoberfläche und min­ destens eine Walze (21) eine zonenweise durchbiegungssteu­ erbare Walze ist, zwischen denen die Papierbahn (1) zum Zwecke der Heißglättung hindurchläuft.

2. Kalanderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch die zonenweise durchbiegungssteuerbare Walze (21) des zweiten Walzenpaars (20) beheizt oder hoch­ beheizt ist.

3. Kalanderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zonenweise durchbiegungssteuerbare Wal­ ze (21) des zweiten Walzenpaars einen harten temperaturbe­ ständigen Kunststoffbelag (30) aufweist.

4. Kalanderanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem zweiten Walzenpaar (20) ein weiteres Walzenpaar (20′) folgt, welches entsprechend ausgebildet ist und bei dem die hochbeheizte Stahlwalze (22′) auf der der Stahlwalze (22) gegenüberliegenden Seite an der Papier­ bahn (1) angreift.