DE4301023C3 - Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Papierbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Papierbahn, bei dem eine mit Hilfe von Dampf befeuchtete Papierbahn durch einen Walzenspalt geführt und dort mit Druck beauf­ schlagt wird, wobei der Dampf auf der Papierbahn kon­ densiert wird, und eine Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Papierbahn mit einem ei­ nen Walzenspalt bildenden Walzenpaar und einer in Laufrichtung der Bahn vor dem Walzenspalt angeord­ neten Dampfabgabeeinrichtung.

Glanz und Glätte sind Kenngrößen einer Papierbahn, die nicht nur ihr Aussehen, sondern auch ihre weitere Verarbeitbarkeit beeinflussen. Für bestimmte Anwen­ dungen sind hohe Glanz- und oder Glättewerte er­ wünscht, die auch möglichst gleichmäßig reproduzier­ bar sein sollten.

Zur Erhöhung von Glanz und/oder Glätte hatte man zunächst den Druck im Walzenspalt vergrößert. Dies hat jedoch den nachteiligen Effekt, daß die Papierbahn hierbei insgesamt stark komprimiert wird und somit ei­ nen Volumenverlust erleidet. Außerdem kann die Pa­ pierbahn hierbei an Stabilität verlieren. Um diesen Nachteil nicht allzu gravierend werden zu lassen, ist man später dazu übergegangen, die Temperatur der den Walzenspalt bildenden Walzen zu erhöhen. Hierbei ließ sich eine weitere Steigerung von Glätte und Glanz er­ zielen. Allerdings ist eine derartige Vorgehensweise sehr energieaufwendig. Um Walzentemperaturen von 200°C zu erzielen, müssen laufend erhebliche Energie­ mengen zugeführt werden, da die Walzen durch die vor­ beilaufende Papierbahn ständig gekühlt werden. Man hat weiterhin versucht, Glanz und Glätte durch die Feuchtigkeit der Papierbahn zu beeinflussen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die zugeführte Feuchtigkeit nach der Behandlung zumindest teilweise wieder ent­ fernt werden muß, was weitere Verfahrensschritte nach sich zieht, die den zeitlichen und apparativen Aufwand bei der Papierbahnbehandlung erhöhen.

Zur Beeinflussung der Feuchtigkeit sind Dampfblas­ rohre bekannt, die bei Superkalandern hinter der Um­ lenkung einer Papierbahn zwischen zwei Walzenspalten angeordnet sind (US 5 122 232). Der aus diesen Dampf­ blasrohren austretende Dampf kondensiert in der Um­ gebungsluft und schlägt sich als Nebel, d. h. in der Form feinster Wassertröpfchen, auf die Papierbahn nieder. Diese Vorgehensweise hat darüber hinaus den Nachteil, daß die gesamte Umgebung der Bahn einer sehr feuch­ ten Atmosphäre abgesetzt ist die zur Korrosion von Metall teilen in der Glättvorrichtung führt.

DE 41 12 537 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Glätteerzeugung bei Papier und ähnli­ chen Faservliesen. Vor einem Walzenspalt ist hierbei eine Papierbahnheizung vorgesehen, die auf der Basis von dielektrischer Energieübertragung arbeitet. Die Pa­ pierbahn wird hierbei so aufgeheizt, daß der Feuchtege­ halt in der inneren Schichten des Papiers im wesentli­ chen geringer oder höchstens so groß wie in den äuße­ ren Schichten ist. Mit anderen Worten erfolgt die Behei­ zung der Papierbahn im wesentlichen von innen her. Zur Unterstützung dieser Feuchtverteilung kann zu­ sätzlich der Feuchtegehalt der äußeren Schichten durch Kühlung von die Papierbahn berührenden Waben oder der Papierbahn selbst unmittelbar vor oder während des Glättens und damit verbundene Kondensation auf den Walzen bzw. der Papierbahn oder eine andere Be­ feuchtung erhöht werden. Insgesamt wird der Feuchte­ gehalt von 5 bis 25% auf etwa 2 bis 15% reduziert.

DE 37 01 406 A1 beschreibt einen Dampfblaskasten, der hauptsächlich bei der Entwässerung von Material­ bahnen eingesetzt wird. Durch den auf der Material­ bahn kondensierenden Dampf wird die Temperatur der Materialbahn erhöht. Dies führt beispielsweise bei der Papierherstellung zu einer besseren Entwässerung, so daß beim Trocknungsabschnitt weniger Wasser ver­ dampft werden muß. In den bekannten Dampfblaska­ sten wird der Dampf zunächst in einem Raum gleichmä­ ßig verteilt und dann mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung auf die Materialbahn bewegt. Ferner sind Blasöffnungen sowohl in einer Eingangszone als auch in einer Ausgangszone vorgesehen, die zu einer dazwi­ schenliegenden Hauptzone geneigt sind, um den Dampfaustritt zu reduzieren.

DE 37 41 680 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Glätten der Oberfläche einer Papierbahn, bei der eine Glättemeßeinrichtung vorgesehen ist, die mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt ist. Die Steuerungseinrichtung steuert in Abhängigkeit von den ermittelten Meßwerten bzw. der Abweichung der Meß­ werte von vorgegebenen Sollwerten die Öffnung von Schlitzdüsen, die in Zonen in Querrichtung zur Bahn verteilt angeordnet sind.

Die nachveröffentlichte DE 41 25 062 A1 zeigt eben­ falls einen Dampfblaskasten zum Aufbringen von Dampf auf eine vorbeilaufende Materialbahn, wobei der Dampfblaskasten mindestens eine beheizte Wand auf­ weist. Damit kann man verhindern, daß bei Stillstandzei­ ten in der Dampfblaskammer Wasser kondensiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Glanz- und/oder Glätte-Erhöhung zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Damit erreicht man nicht nur eine Befeuchtung der Papierbahn. Man erzielt gleichzeitig eine Temperatur­ erhöhung. Die im Dampf enthaltene Wärme überträgt sich beim Kondensieren auf die Papierbahn, so daß man durch diese Maßnahme eine Papierbahn erhält, die an der Oberfläche die notwendige Temperatur und die not­ wendige Feuchte aufweist. Wird nun diese Papierbahn durch den Walzenspalt geführt, beeinflußt der Walzen­ spalt im wesentlichen nur die Oberfläche der Papier­ bahn, ohne Veränderungen in der Tiefe der Papierbahn, also in Dickenrichtung, in nennenswertem Maße zu ver­ ursachen. Das Volumen der Papierbahn bleibt daher weitgehend erhalten, obwohl die Oberflächenqualität deutlich verbessert wird. Die Walzen müssen weitaus weniger stark beheizt werden. Auch kann der Druck im Walzenspalt geringer als bisher gewählt werden. Dies spart erhebliche Energien. Man kann rechnerisch oder empirisch ermitteln, wie lange es dauert, bis die Feuch­ tigkeit in das Innere der Bahn eindringt. Bevor dieser Zustand eintritt, ist die Bahn, genauer gesagt ihre Ober­ fläche, aber bereits im Walzenspalt behandelt worden. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt also erst unmittelbar vor dem Eintritt der Papierbahn in den Walzenspalt. Man erreicht hiermit zwei Vorteile. Zum einen ist die Oberfläche der Bahn noch auf einer relativ hohen Tem­ peratur und weist eine relativ hohe Feuchtigkeit auf, so daß die Erhöhung von Glanz und/oder Glätte auch bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen im Walzenspalt durchgeführt wird. Zum anderen nimmt die Bahn insgesamt keine nennenswerte Menge an Feuch­ tigkeit auf, so daß aufwendige Nachbehandlungen ent­ fallen. Die zum Umformen der Oberfläche benötigten Energien werden in dem Bereich gehalten, der umge­ formt, also geglättet werden soll. Die übrigen Bahnteile werden nicht oder nur in einem geringen Maße beein­ trächtigt. Auch das mittlere Drittel der Papierbahn kann erwärmt werden. Dies erlaubt einen ausreichenden Ab­ stand der Dampfbeaufschlagung der Bahn vom Walzen­ spalt, der aus konstruktiven Gründen nicht auf Null ab­ gesenkt werden kann. Andererseits ist der Unterschied zwischen dem mittleren und dem äußeren Drittel der Bahn hinsichtlich der Temperatur noch so groß, daß sich die Umformung auf das äußere Drittel beschränkt, so­ weit die Temperatur hier einen Einfluß hat. Der Einfluß der Feuchtigkeit ist auf noch dünnere Oberflächenbe­ reiche beschränkt, weil die Temperatur schneller als die Feuchtigkeit eindringt.

Bevorzugterweise liegt der vorbestimmte Wert im Bereich von 16% bis 25%. Es wird der Oberfläche also relativ viel Feuchtigkeit zugeführt. Da sich diese Zufuhr aber auf die Oberfläche und eine dünne Schicht darun­ ter beschränkt, ergibt sich durch die Umformung kein nennenswerter Volumenverlust und auch keine große allgemeine Feuchtigkeitserhöhung der Bahn.

Vorteilhafterweise wird der Dampf bis zum Auftref­ fen auf die Papierbahn frei von Wassertropfen gehalten. Es wird also einerseits dafür gesorgt, daß der Dampf an sich keine Wassertropfen enthält. Weiterhin wird aber auch nicht zugelassen, daß sich im Dampf Wassertrop­ fen bilden. Dies läßt sich beispielsweise durch eine Be­ heizung des Dampfes bis zum Schluß unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Papierbahn erreichen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die gesamte im Dampf enthaltene Wärme bei der Kondensation auf die Ober­ fläche der Papierbahn übertragen werden kann, um zu der gewünschten Temperaturerhöhung zu führen, die mit der Feuchteerhöhung an der Oberfläche einhergeht. Vor dem Auftreffen des Dampfes auf der Bahn entsteht hierbei kein Nebel, so daß sich die Umgebungsatmo­ sphäre auch nicht so stark mit Feuchtigkeit anreichert.

Mit Vorteil wird der Dampf zunächst in einem Ver­ teilraum auf eine in Laufrichtung der Papierbahn eine vorbestimmte Ausdehnung aufweisende Austrittsfläche verteilt und dann mit einer hohen Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Bereich in Richtung auf die Pa­ pierbahn bewegt Ober die Geschwindigkeit läßt sich die Dampfmenge steuern, die auf der Papierbahn kon­ densiert wird. Diese Geschwindigkeit ist unter anderem auch von der Geschwindigkeit der Papierbahn abhän­ gig. Sie beträgt im allgemeinen 15 m/s oder mehr. Da­ durch, daß der Dampf zunächst in einem Verteilraum verteilt wird, ergibt sich der Vorteil, daß die Beaufschla­ gung der Materialbahn über die Breite relativ gleichmä­ ßig erfolgen kann. Die Geschwindigkeit des Dampfes läßt sich über den Druck im Verteilraum steuern.

Auch ist von Vorteil, daß Glanz und/oder Glätte und/ oder ein entsprechender Parameter der Papierbahn hin­ ter dem Walzenspalt ermittelt und die Dampfabgabe in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ermit­ telten Istwert und einem vorgegebenen Sollwert einge­ stellt wird. Die Glanz- und/oder Glätte-Erzeugung er­ folgt also in einem geschlossenen Regelkreis, bei dem die Dampfabgabe als Stellglied verwendet wird. Gege­ benenfalls kann zusätzlich auch noch eine weitere Be­ heizung einer oder beider den Walzenspalt bildenden Walzen erfolgen.

Bevorzugterweise erfolgt die Dampfbeaufschlagung in Bahnquerrichtung in mehreren Zonen, wobei die Dampfabgabe in jeder Zone getrennt einstellbar ist. Da­ mit lassen sich Glanz- und Glätteunterschiede nicht nur in Längsrichtung, d. h. in Laufrichtung der Papierbahn, sondern auch in Querrichtung der Bahn vergleichmäßi­ gen, falls dies notwendig sein sollte. Eine Vergleichmäßi­ gung in Längsrichtung wird dann z. B. durch Steuerung der Gesamtabgabemenge des Dampfes bewirkt. Die Steuerung in Querrichtung wird durch die zonenweise Einstellung der Dampfabgabemenge bewirkt.

Vorteilhafterweise wird die Zufuhr des Dampfes im wesentlichen auf eine Menge pro Zeit beschränkt, die auf der Materialbahn kondensieren kann. Der zugeführ­ te Dampf wird also im wesentlichen vollständig ver­ braucht, so daß praktisch kein Dampf austreten und zu einer Erhöhung der Feuchtigkeit in der Umgebungsat­ mosphäre führen kann.

Mit Vorteil wird zur Feineinstellung von Glanz und/ oder Glätte zusätzlich die Temperatur mindestens einer der den Walzenspalt bildenden Walzen eingestellt. Durch die Kombination der Dampfbeaufschlagung die ebenfalls mit einer Temperaturerhöhung der Bahn ein­ geht, mit einer Temperatursteuerung der Walze lassen sich die gewünschten Glanz- und/oder Glättewerte mit hoher Genauigkeit einstellen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Walze an ihrer Oberfläche beheizt wird. Wenn man die Beheizung auf die Oberfläche der Walze beschränkt, lassen sich relativ schnelle Reaktionszeiten erzielen. Außerdem wird der Energieaufwand klein gehalten.

Mit Vorteil erfolgt die Temperatur-Einstellung in ei­ nem Regelkreis, der einem Regelkreis, der die Dampf­ abgabe steuert, untergeordnet ist. Der Temperatur-Re­ gelkreis ist also dem Dampfabgabe-Regelkreis unter­ legt. In jedem Fall genießt der Dampfabgabe-Regel­ kreis die höhere Priorität, so daß die Grobeinstellung wesentlich schneller vorgenommen werden kann als die Feineinstellung.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein derartiger Dampfblaskasten an sich ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 41 25 062 A1 bekannt. Der Einsatz einer derartigen Dampfabgabeeinrichtung im Zusammenhang mit der Erhöhung von Glanz und Glät­ te der Materialbahn hat den Vorteil, daß es hiermit mög­ lich ist, einen praktisch wassertropfenfreien Dampf auf die Materialbahn aufzubringen. Ein etwaiges Auskon­ densieren des Dampfes in der Dampfblaskammer wird vermieden, weil die Dampfblaskammer beheizt ist. Es wird also im Inneren der Dampfblaskammer ein Zu­ stand aufrechterhalten, in dem der Dampf nur in gasförmigem Zustand vorliegen kann. Die Beheizung der Dampfblaskammer hat darüber hinaus den Vorteile daß ein Wiederanfahren der Vorrichtung nach Betriebsun­ terbrechungen, wie sie etwa bei einem Walzenwechsel vorkommen können, erleichtert wird. Auch bei Be­ triebsunterbrechungen kühlt die Dampfblaskammer nicht aus, so daß beim Wiederanfahren praktisch keine Gefahr besteht, daß Dampf in der Dampfblaskammer kondensiert und dort zur Bildung von Wassertröpfchen führt. Es ist also sichergestellt, daß permanent wasser­ tröpfchenfreier Dampf auf die Papierbahn geleitet und dort kondensiert werden kann. Da das Dampfventil und die Heizeinrichtung mit dem gleichen Dampfzufuhranschluß verbunden sind, arbeitet die Heizeinrich­ tung mit einer Temperatur, die im wesentli­ chen der Dampftemperatur entspricht. Damit wird die Dampfblaskammer und auch der Bedampfungsraum auf eine Temperatur gehalten, die der Temperatur des auf die Papierbahn zu führenden Dampfes entspricht. Auf diese Weise wird mit relativ einfachen Mitteln eine an­ gepaßte Heizung erreicht. Der auszugebende Dampf findet immer eine im wesentlichen seiner Temperatur entsprechende Umgebung vor. Mögliche negative Er­ scheinungen, die durch Temperatursprünge, denen sich der Dampf ausgesetzt sieht, auftreten könnten, werden hierdurch vermieden.

Vorteilhafterweise schließen die freie Gehäusewand und die Papierbahn einen Bedampfungsraum ein, der seitlich durch Gehäuseteile der Dampfahgabeeinrich­ tung weitgehend abgeschlossen ist Hiermit wird einer­ seits sichergestellt, daß der aus der Dampf abgabeein­ richtung ausgegebene Dampf nicht frei in die Umge­ bung entweichen kann. Er bleibt vielmehr im Bedamp­ fungsraum, wo er von der Materialbahn abgenommen werden kann. Andererseits ist der Bedampfungsraum insbesondere dann, wenn die freie Gehäusewand be­ heizt ist, ebenfalls mit beheizt, so daß der Dampf bis zuletzt auf der notwendigen Temperatur gehalten wird. Der Dampf kann damit bei der Kondensation auf der Papierbahn die notwendige Temperaturerhöhung der Oberfläche der Papierbahn bewirken.

Bevorzugterweise sind die Heizeinrichtung und das Dampfventil in Reihe angeordnet. Der Dampf beheizt also zunächst mit Hilfe der Heizeinrichtung die Dampf­ blaskammer, bevor er in die von ihm selbst beheizte Dampfblaskammer eintritt. Die Heizeinrichtung hat da­ mit immer eine etwas höhere Temperatur als der in die Dampfblaskammer eintretende Dampf. Sie ist damit in der Lage, Energie wieder auf den Dampf zu übertragen, um die Bildung von Wassertröpfchen in der Dampfblas­ kammer zuverlässig zu verhindern. Darüber hinaus läßt sich mit dieser Maßnahme die Temperatur des Dampfes aber auch so weit absenken, daß der Dampf auf der Papierbahn im gewünschten Maß kondensieren kann. Ist der Dampf zu heiß, ergibt sich zwar auch eine Wär­ meübertragung vom Dampf auf die Oberfläche der Pa­ pierbahn. Die Wärmeübertragung ist jedoch erheblich besser, wenn der Dampf auf der Oberfläche der Papier­ bahn kondensieren kann. In diesem Fall stellt sich zu­ sätzlich gleichzeitig die gewünschte Feuchte auf der Oberfläche ein.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Heizeinrich­ tung einen Dampftrocknungsabschnitt aufweist. Im Dampftrocknungsabschnitt werden Wassertröpfchen, die sich beim Transport des Dampfes von einer Dampf­ erzeugungseinrichtung zur Dampfabgabeeinrichtung möglicherweise bilden können, zuverlässig ausgeschie­ den. Dem Dampfventil wird also nur trockener Dampf zugeführt, so die Gefahr der Beschädigung der vor­ beilaufenden Papierbahn durch auftreffende Wasser­ tröpfchen nicht nur vermindert, sondern praktisch aus­ geschaltet wird.

Vorteilhafterweise ist eine einer Walze benachbarte Vorderwand der Dampfabgabeeinrichtung mit Bezug zur freien Gehäusewand geneigt. Die gesamte Dampf­ abgabeeinrichtung ist also zumindest in diesem Bereich keilförmig ausgestaltet. Die Dampfabgabeeinrichtung kann damit sehr dicht vor den Walzenspalt gebracht werden, so daß die Dampfbeaufschlagung unmittelbar vor dem Walzenspalt erfolgt. Wenn die Papierbahn dann durch den Walzenspalt hindurchläuft, haben we­ der Temperatur noch Feuchtigkeit praktisch Gelegen­ heit gehabt sich in das Innere der Papierbahn auszu­ breiten. Nachdem also nur die Oberfläche bzw. eine dünne Schicht unterhalb der Oberfläche eine erhöhte Temperatur und eine erhöhte Feuchtigkeit aufweisen, wird im Walzenspalt auch nur dieser Bereich behandelt, d. h. geglättet oder mit einem höheren Glanz versehen.

Vorteilhafterweise beträgt der Neigungswinkel zwi­ schen 35° und 55°. Dieser Winkelbereich erlaubt einer­ seits, daß die Dampfabgabeeinrichtung den Dampf bis zu einer sehr geringen Entfernung vor den Walzenspalt bringen kann. Andererseits läßt sie jedoch eine ausrei­ chende Bauhöhe zu, daß eine Dampfblaskammer mit einer ausreichenden Höhe zur Ausbreitung des Damp­ fes ausgebildet werden kann.

Vorteilhafterweise ist die Dampfblaskammer quer zur Laufrichtung der Papierbahn in Zonen unterteilt, die getrennt voneinander steuerbare Dampfventile aufwei­ sen. Die Dampfmenge, die auf die Papierbahn aufgetra­ gen wird, läßt sich also quer zur Laufrichtung der Pa­ pierbahn zumindest abschnittsweise steuern. Damit ist eine Beeinflussung von Glanz und/oder Glätte zumin­ dest zonenweise auch quer zur Papierbahn möglich. Es läßt sich hierbei eine höhere Gleichmäßigkeit quer zur Papierbahn erreichen.

Vorteilhafterweise ist hierbei in Laufrichtung der Pa­ pierbahn hinter dem Walzenspalt eine Glanz- bzw. Glätte-Meßeinrichtung vorgesehen, mit einer Re­ geleinrichtung verbunden ist, die wiederum die Dampf­ ventile in Abhängigkeit von Glanz- bzw. Glätte-Soll­ werten steuert. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt also in einem geschlossenen Regelkreis. Sinken die Glanz- bzw. Glätte-Istwerte unter einen vorgegebenen Soll­ wert, wird das Dampfventil der entsprechenden Zone betätigt, um die Werte wieder zu ihren Vorgaben zu­ rückzubringen. Steigt der Istwert über den Sollwert an, erfolgt eine Beeinflussung des Dampfventils in die ande­ re Richtung.

Vorteilhafterweise weisen die Dampfventile Aus­ trittsöffnungen auf, die unter einem Winkel zur freien Gehäusewand so angeordnet sind, daß kein Dampf­ strahl direkt auf die freie Gehäusewand gerichtet ist Hiermit erreicht man eine relativ gleichmäßige Ausbrei­ tung des Dampfes, der durch die freie Gehäusewand hindurchtritt. Partielle Dampfgeschwindigkeitserhö­ hungen, wie sie sich ergeben würden, wenn ein Dampf­ strahl vom Ventil direkt durch eine Austrittsöffnung austräte, werden zuverlässig vermieden.

Vorteilhafterweise ist hierbei jeder aus den Dampf­ ventilen austretende Dampfstrahl unter einem Winkel ungleich 90° auf eine Kammerwand gerichtet. Es kann also auch nicht vorkommen, daß ein Dampfstrahl in sich selbst reflektiert wird, was zu Turbulenzen führen könnte, die eine gleichmäßige Dampfausbreitung aus den Austrittsöffnungen nicht mehr gewährleisten.

Vorteilhafterweise sind auf der freien Gehäusewand im Bedampfungsraum zwischen den Dampfaustrittsöff­ nungen U-förmige Profile angebracht, deren Öffnungen von der freien Gehäusewand abgedeckt sind und die Kanäle als Teil der Heizeinrichtung bilden. Diese Kanä­ le verlaufen also im Bedampfungsraum. Sie beheizen damit nicht nur die freie Gehäusewand und über diese die Dampfblaskammer. Sie beheizen auch den Bedamp­ fungsraum, so daß bis zuletzt eine Umgebung aufrecht­ erhalten wird, in der der Dampf seine gasförmige Form behält. Die Kondensation des Dampfes erfolgt also tat­ sächlich erst unmittelbar auf der Papierbahn.

Bevorzugterweise weist der Dampf eine Temperatur im Bereich von 102°C bis 110°C auf. Eine derartige Dampftemperatur gewährleistet, daß der Dampf voll­ ständig auf der Papierbahn kondensieren und dort die gewünschte Temperatur- und Feuchteerhöhung der Oberfläche bewirken kann.

Vorteilhafterweise ist die Entfernung der Dampfab­ gabeeinrichtung vom Walzenspalt veränderbar. Mit die­ ser Maßnahme läßt sich unter anderem steuern, wie tief die Temperatur und die Feuchtigkeit in die Papierbahn eindringen können, bevor die Papierbahn in den Wal­ zenspalt eintritt. Auch auf diese Weise läßt sich eine Veränderung von Glanz und Glätte bewirken, die gege­ benenfalls auch in den Regelkreis einbezogen werden kann.

Bevorzugterweise ist je e Dampfabgabeeinrichtung auf beiden Seiten der Papierbahn vor dem Walzenspalt angeordnet. Die Papierbahn wird hier von beiden Seiten her gleichzeitig mit Dampf beaufschlagt. Dies ist insbe­ sondere bei Einfach-Glättwerken von Vorteil, bei denen nur ein einziger Walzenspalt vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, teil­ weise im Schnitt,

Fig. 3 eine Frontansicht einer Dampfabgabeeinrich­ tung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Dampfabgabeeinrich­ tung,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Materialbahn und

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zweiten Aus­ führungsform der Vorrichtung.

Eine Vorrichtung 1 zum Erhöhen von Glätte und/ oder Glanz einer Papierbahn weist zwei Walzen 2, 3 auf, die einen Walzenspalt 4 bilden, durch den die Papier­ bahn 5 geführt ist. In dieser Vorrichtung 1 wird eine Seite der Papierbahn 5, hier die Oberseite, geglättet und/oder mit Glanz versehen. Für die Unterseite der Papierbahn 5 ist eine entsprechende Vorrichtung 1' vor­ gesehen. Die entsprechenden Teile weisen die gleichen Bezugszeichen auf, die zur Unterscheidung gestrichen sind. Die Vorrichtung 1' für die Unterseite der Papier­ bahn 5 wird nur besprochen, wenn sich Abweichungen zur Vorrichtung 1 ergeben. Von den beiden Walzen kann eine als weiche Walze ausgebildet sein. Die Wal­ zen 2, 3 können einen sogenannten Maschinenkalander bilden. Eine oder auch beide Walzen 2, 3 können durch eine Heizeinrichtung 40 beheizt werden. Die Beheizung kann auch von innen erfolgen. Die Papierbahn wird von einer Vorratsrolle 6 abgewickelt und nach dem Durch­ laufen der Vorrichtung 1 auf einer nicht näher darge­ stellten Aufnahmerolle aufgewickelt. Die Papierbahn 5 kann jedoch auch direkt aus einer Papiermaschine abge­ nommen werden.

Vor dem Walzenspalt 4 ist eine Dampfabgabeeinrich­ tung 7 angeordnet, die auf einem Ständer 8 verschiebbar ist. Sie kann in oder entgegen der Papierlaufrichtung 9 näher an den Walzenspalt 4 herangebracht oder weiter von ihm entfernt werden. Die Dampfabgabeeinrichtung, die im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 näher be­ schrieben werden wird, gibt Dampf in Richtung auf die Materialbahn ab, der dort kondensiert.

In Papierlaufrichtung 9 hinter dem Walzenspalt 4 ist eine Meßvorrichtung 10 zur Ermittlung von Glanz- bzw. Glätte-Istwerten vorgesehen. Diese Meßvorrichtung 10 kann sich über die gesamte Breite der Papierbahn 5 erstrecken. Es ist jedoch genauso gut möglich, daß sie sich während des Papierlaufs quer zur Papierbahn 5 bewegt und hierbei fortlaufend Glanz und/oder Glätte über die gesamte Papierbahn ermittelt, wenn auch nicht gleichzeitig. Zweckmäßigerweise ist die Meßvorrich­ tung 10 hinter dem Walzenspalt 4' für die zweite Materi­ albahnseite angeordnet.

Die Meßvorrichtung 10 ist mit einem Regler 11 ver­ bunden, der seinerseits die Dampfabgabeeinrichtung 7 steuert, und zwar in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen den von der Meßvorrichtung 10 ermittelten Meßwerten und weiteren über einen Sollwerteingang 12 zugeführten Sollwerten. Der Regler 11 kann auch die Heizeinrichtung 40 steuern. Für die Oberseite und die Unterseite sind getrennte Regler 11, 11' dargestellt. Es liegt auf der Hand, daß diese Regler auch zusammenge­ faßt werden können.

Die Dampfabgabeeinrichtung 7 für die Oberseite der Papierbahn 5 ist oberhalb, die Dampfabgabeeinrichtung 7' für die Unterseite der Papierbahn ist unterhalb der Papierbahn 5 angeordnet, so daß die die Papierbahn 5 von beiden Oberflächen her zeitlich und räumlich ver­ setzt mit Dampf beaufschlagt wird. Hinter jeder Dampf­ abgabeeinrichtung 7, 7' folgt auf jeden Fall zunächst ein Walzenspalt 4, 4'. Wenn nur eine Seite der Papierbahn 5 behandelt werden soll, wird nur eine Dampfabgabeein­ richtung 7 oder 7' vorgesehen. Im folgenden wird daher auch nur eine Dampfabgabeeinrichtung 7 näher be­ schrieben. Die andere Dampfabgabeeinrichtung 7' ent­ spricht ihr spiegelbildlich.

Die Dampfabgabeeinrichtung 7 weist eine Dampf­ blaskammer 13 auf, die von einer freien Gehäusewand 14 und weiteren Gehäusewänden 15, 16, 17, 18, 19 be­ grenzt ist. Die freie Gehäusewand 14 weist Dampfaus­ trittsöffnungen 20 auf, die einen Durchmesser haben, der kleiner als die Dicke der freien Gehäusewand ist. Diese Öffnungen 20 sind deswegen nur als Strich darge­ stellt. Jede Dampfblaskammer weist ferner ein Dampf­ ventil 21 auf. Das Dampfventil läßt Dampf, den es über einen Zufuhrkanal 22 zugeführt bekommt, in die Dampfblaskammer 13 eintreten. Hierbei sind Ventilöff­ nungen 23 so gerichtet, daß alle aus dem Dampfventil austretenden Dampfstrahlen 24 weder direkt auf die freie Gehäusewand 14 noch unter einem Winkel von 90° auf eine andere Gehäusewand gerichtet sind. Man ver­ meidet hierdurch, daß aus dem Dampfventil 21 austre­ tende Dampfstrahlen 24 direkt durch Öffnungen 20 in der freien Gehäusewand 14 treten können. Andererseits vermeidet man auch eine Reflexion der Dampfstrahlen an den anderen Gehäusewänden, die zu einer uner­ wünschten Turbulenz des Dampfes in der Dampfblas­ kammer 13 führen könnten.

Die freie Gehäusewand 14 schließt mit der Papierbahn 5 und weiteren Gehäuseteilen 25, 26, 27, 28 einen Bedampfungsraum 29 ein. Natürlich ist ein kleiner Spalt zwischen der Papierbahn 5 und den weiteren Gehäuse­ teilen 25-28 vorgesehen. Die Papierbahn 5 soll an den Gehäuseteilen nicht reiben.

Im Bedampfungsraum 29 sind auf die freie Gehäuse­ wand 14 im wesentlichen U-förmige Bleche 30 aufge­ bracht, deren Öffnung von der freien Gehäusewand 14 abgedeckt ist. Die Bleche 30 bilden zusammen mit der freien Gehäusewand 14 Heizkanäle 31. Wenn man Dampf durch die Heizkanäle 31 leitet, wird die freie Gehäusewand 14 und damit die Dampfblaskammer 13 beheizt. Außerdem wird auch der Bedampfungsraum 29 beheizt. Die Austrittsöffnungen 20 in der freien Gehäu­ sewand sind hierbei zwischen den Blechen 30 angeord­ net.

Nicht nur die Freie Gehäusewand 14 ist beheizt. Die Gehäusewand 15 ist durch den Zufuhrkanal 22, in dem sich ebenfalls heißer Dampf befindet, beheizt. Die Ge­ häusewand 17 ist durch einen Dampfkanal 32 beheizt. Dieser Dampfkanal 32 ist als Dampftrocknungsab­ schnitt ausgebildet. Er ist mit einem Dampfanschluß 33 verbunden, über den Dampf von einer nicht näher dar­ gestellten Dampferzeugungseinrichtung zugeführt wird. An den beiden Stirnseiten der Dampfabgabeein­ richtung sind Seitenkanäle 34, 35 vorgesehen, so daß die Dampfabgabeeinrichtung 7 auch an ihren beiden Stirn­ seiten beheizt ist. Des eine Seitenkanal 35 weist an sei­ nem Ende, d. h. kurz vor der Mündung in den Zufuhrka­ nal 22, eine Drossel 36 auf. Diese Drossel bewirkt einen Druckunterschied zwischen dem linken Seitenkanal 35 und dem rechten Seitenkanal 35.

Dampf, der über den Dampfanschluß 33 zugeführt wird, strömt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist, zu­ nächst durch den Dampfkanal 32, wo er getrocknet wird, d. h. im Dampf sich möglicherweise noch befinden­ de Wassertröpfchen werden hier ausgeschieden und können über eine Kondensatableitung 37 entfernt wer­ den. Der Dampf strömt dann weiter durch den rechten Seitenkanal 35 und aufgrund des durch die Drossel 36 erzeugten Druckunterschiedes zwischen dem linken Seitenkanal 34 und dem rechten Seitenkanal 35 durch die Kanäle 31 zum linken Seitenkanal 34. Ein weiterer Anteil des Dampfes strömt in den Zufuhrkanal 32, von wo aus er zu den Dampfventilen 21 gelangt. Somit ist die Dampfblaskammer 13 zwar nicht von allen, aber doch von vielen Seiten her beheizt. In der Dampfblaskammer 13 kann also ohne Schwierigkeiten auch nach Betriebs­ unterbrechungen eine Temperatur aufrechterhalten werden, in der der Dampf nicht auskondensieren kann.

Überschüssiger Dampf kann durch einen Ausgang 38 wieder entnommen werden.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind über die Breite der Papierbahn 5 mehrere, im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel vier, Dampfblaskam­ mern 13 vorgesehen. Jede Dampfblaskammer 13 weist einen eigenes Dampfventil 21 auf. Jedes Dampfventil 21 ist vom Regler 11 getrennt ansteuerbar. Glanz und/oder Glätte läßt sich also quer zur Papierlaufrichtung 9 in vier Bereichen getrennt voneinander einstellen.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat die Dampfab­ gabeeinrichtung 7 im Querschnitt die Form eines Keiles, d. h. die Wand 15 bzw. ihre entsprechende Außenwand 39 ist in bezug auf die freie Gehäusewand 14 abge­ schrägt. Sie weist einen Winkel im Bereich zwischen 35° und 55° auf, im vorliegenden Fall sind es etwa 45° Hier­ mit wird es möglich, daß die Dampfabgabeeinrichtung 7, genauer gesagt der Bedampfungsraum 29, relativ dicht an den Walzenspalt 4 herangeführt wird. Damit kann der Dampf erst relativ spät vor dem Walzenspalt auf die Papierbahn 5 aufgebracht werden, so daß er zwar dort kondensiert die durch die Kondensation bedingte Tem­ peratur- und Feuchteerhöhung in der Papierbahn 5 aber noch nicht in das Innere der Papierbahn vorgedrungen ist und zu einem Ausgleich geführt hat, wenn die Papier­ bahn 5 dem Druck im Walzenspalt 4 ausgesetzt wird.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Dampfabga­ beeinrichtung 7 wird möglichst dicht an den Walzen­ spalt 4 herangebracht, wobei die Entfernung abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Papierbahn S den Walzenspalt 4 durchläuft eingestellt werden kann. Die Dampfabgabeeinrichtung 7 wird nun mit Hilfe von Dampf aufgeheizt. Wenn sie so heiß ist, daß in der Dampfblaskammer 13 eine Temperatur herrscht, die ein Kondensieren des Dampfes ausschließt, also etwa eine Temperatur im Bereich von 102°C bis 110°C, kann der Betrieb beginnen. Die Papierbahn 5 wird durch den Walzenspalt bewegt. Gleichzeitig wird der Dampfabga­ beeinrichtung 7 über den Dampfanschluß 33 Dampf zu­ geführt. Die Dampfventile 21 öffnen und lassen Dampf in die Dampfblaskammer 13 eintreten, wo er sich aus­ breitet und dann mit einem relativ gleichmäßigen Druck und vor allem einer gleichmäßigen hohen Geschwindig­ keit von 15 m/s oder mehr durch die Öffnungen 20 in den Bedampfungsraum 29 strömt, um mit der Papier­ bahn 5 in Berührung zu kommen. Sobald der Dampf mit der relativ kalten Papierbahn 5 in Berührung kommt, kondensiert er, wobei er die Temperatur an der Oberflä­ che der Papierbahn 5 drastisch erhöht. Dieser Zustand ist auf der rechten Seite der Fig. 5 dargestellt. Bei einer etwa 30°C kalten Papierbahn 5 wird die Oberfläche nach der Kondensation des Dampfes etwa 90°C heiß sein. Gleichzeitig bildet sich durch den kondensierten Dampf ein Feuchtigkeitsfilm 41, dessen Stärke bevor­ zugterweise etwa im Bereich eines Tausendstelmillime­ ters liegt. Bei der Kondensation ergibt sich eine fast schlagartige Temperaturerhöhung der Oberfläche der Papierbahn 5, die sich aber innerhalb sehr kurzer Zeit über die Dicke der Papierbahn 5 ausgleicht, d. h. in weni­ gen Hundertstelsekunden hat die Papierbahn eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Die Vergleichmä­ ßigung der Feuchtigkeit dauert etwas länger. Die Feuchtigkeit 42 dringt nämlich langsamer als die Tem­ peratur in die Papierbahn 5 ein. Deswegen hat ein Ober­ flächenbereich 43 der Papierbahn 5 eine wesentlich hö­ here relative Feuchtigkeit. Je weiter die Feuchtigkeit in das Innere 44 der Papierbahn 5 vordringt, desto mehr nimmt die relative Feuchtigkeit ab. Bevor sie aber unter einen vorbestimmten Wert im Bereich von 12% bis 25%, insbesondere von 16% bis 25%, abgesunken ist, erfolgt die Behandlung im Walzenspalt 4. Dort wird bei im Verhältnis zur bekannten Lösungen relativ geringem Druck und geringer Temperatur die Bahn 5 behandelt, und zwar wird die Oberfläche der Bahn 5, die noch die erhöhte Temperatur und Feuchtigkeit aufweist, geglättet beziehungsweise mit erhöhtem Glanz versehen. Die weiter innen Gegenden Bereiche 44 der Papierbahn 5 werde durch den Walzenspalt nicht nennenswert verän­ dert.

Stellt nun der Regler 11 fest, daß die von der Meßvor­ richtung 10 ermittelten Glanz- bzw. Glätte-Istwerte nicht mit Sollvorgaben 12 übereinstimmen, betätigt er die Dampfventile 21 so lange, bis die Differenz zwischen Istwerten und Sollwerten unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Dies läßt sich zonenweise durch­ führen, so daß unterschiedliche Glanz- bzw. Glättewerte über die Breite der Papierbahn 5 ausgeglichen wer­ den können. Gleichzeitig kann der Regler 11 in einem unterlegten oder untergeordneten Regelkreis die Tem­ peratur der Walzenoberfläche mit Hilfe der Heizvor­ richtung 40 steuern, um eine Feineinstellung der Glanz und/oder Glättewerte zu erzielen.

Für eine grobe Einstellung läßt sich noch der Abstand der Dampfabgabeeinrichtung 7 vom Walzenspalt 4 ver­ ändern, wie dies durch strichpunktierte Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Verstellung wird in der Regel ma­ nuell erfolgen. Gegebenenfalls kann aber auch der Reg­ ler 11 diese Grobeinstellung vornehmen.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vor­ richtung 1', bei der lediglich ein Walzenspalt 4 vorhan­ den ist. Die Walzen 2, 3 bilden ein Einfach-Glättwerk. Die Ausbildung der Walzen 2, 3 als harte oder weiche Walzen wird von den Gegebenheiten bestimmt. In die­ ser Ausgestaltung ist auf beiden Seiten der Papierbahn vor dem Walzenspalt eine Dampfabgabeeinrichtung 7 bzw. 7' vorgesehen. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt also gleichzeitig auf beiden Seiten der Papierbahn 5. Die Glanz und/oder Glättewerte werden von den beiden Meßvorrichtungen 10, 10' auf beiden Seiten der Papier­ bahn 5 ermittelt und an den Regler 11 weitergeleitet, der nun beide Dampfabgabeeinrichtungen 7, 7' steuert.

Auf die Beheizung der Oberflächen der Walzen 2, 3 wurde hier verzichtet. Sie kann jedoch, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, dennoch vorgesehen werden.

Mit der dargestellten Vorrichtung läßt sich sowohl eine Glanz- und/oder Glätte-Steuerung der Material­ bahn in Maschinenrichtung, d. h. in Laufrichtung der Materialbahn 5, bewirken, als auch eine Steuerung die­ ser Werte in Querrichtung. Die Steuerung in Längsrich­ tung kann erfolgen über eine Steuerung der den Dampf­ abgabeeinrichtungen 7, 7' zugeführten Dampfmenge. Die Steuerung in Querrichtung erfolgt durch eine zo­ nenweise Steuerung der Dampfabgabemenge, also durch eine Einstellung des Verhältnisses der in den ein­ zelnen Zonen abgegebenen Dampfmengen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Papier­ bahn mit einem einen Walzenspalt bildenden Walzenpaar und einer in Laufrichtung der Bahn vor dem Walzenspalt angeordneten Damp­ fabgabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfabga­ beeinrichtung eine Dampfblaskammer, die von einer freien Gehäu­ sewand mit einer Anzahl von Dampfaustrittsöffnungen und weite­ ren Kammerwänden vollständig umschlossen ist, und ein Dampfven­ til zum Einlaß von Dampf in die Dampfblaskammer aufweist, wobei zumindest die eine freie Gehäusewand der Dampfblaskammer be­ heizt ist, wobei zur Beheizung eine mit Dampf betriebene Hei­ zeinrichtung vorgesehen ist, wobei das Dampfventil und die Hei­ zeinrichtung mit dem gleichen Dampfzufuhranschluß verbunden sind und die Dampfabgabeeinrichtung sehr dicht vor dem Walzen­ spalt angeordnet ist, so daß die durch eine Dampfbeaufschlagung bedingte Temperatur- und Feuchteerhöhung der Papierbahn noch nicht ausgeglichen ist, wenn die Papierbahn den Walzenspalt durchläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Gehäusewand (14) und die Papierbahn (5) einen Bedamp­ fungsraum (29) einschließen, der seitlich durch Gehäuseteile (25-28) der Dampfabgabeeinrichtung (7) weitgehend abgeschlos­ sen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (22, 31, 32) und das Dampfventil (21) in Reihe angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (22, 31, 32) einen Dampftrocknungsabschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine einer Walze (2) benachbarte Vorderwand (39) der Dampfabga­ beeinrichtung (7) mit Bezug zur freien Gehäuse­ wand (14) geneigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Neigungswinkel zwischen 35° und 55° beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfblas­ kammer (13) quer zur Laufrichtung (9) der Papier­ bahn (5) in Zonen (Fig. 3 und 4) unterteilt ist, die getrennt voneinander steuerbare Dampfventile (21) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Laufrichtung (9) der Papier­ bahn (5) hinter dem Walzenspalt (4) eine Glanz- bzw. Glätte-Meßeinrichtung (10) vorgesehen ist, die mit einer Regeleinrichtung (11) verbunden ist, die wiederum die Dampfventile (21) in Abhängig­ keit von Glanz bzw. Glätte-Sollwerten steuert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfventile (21) Austrittsöffnungen (23) aufweisen, die unter einem Winkel zur freien Gehäuse wand (14) so an­ geordnet sind, daß kein Dampfstrahl (24) direkt auf die freie Gehäusewand (14) gerichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder aus den Dampfventilen (21) austretende Dampfstrahl (24) unter einem Winkel ungleich 90° auf eine Kammerwand (15-19) gerichtet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der freien Ge­ häusewand (14) im Bedampfungsraum (29) zwi­ schen den Dampfaustrittsöffnungen (20) U-förmige Profile (30) angebracht sind, deren Öffnungen von der freien Gehäusewand (14) abgedeckt sind und die Kanäle (31) als Teil der Heizeinrichtung bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf eine Temperatur im Bereich von 102°C bis 110°C auf­ weist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Dampfabgabeeinrichtung (7) vom Walzenspalt (4) veränderbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Dampfab­ gabeeinrichtung (7, 7') auf beiden Seiten der Pa­ pierbahn (5) vor dem Walzenspalt (4) angeordnet ist.