DE68923064T2

DE68923064T2 - Arrangement in a paper machine.

Info

Publication number: DE68923064T2
Application number: DE68923064T
Authority: DE
Inventors: Jukka Salo
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-08
Also published as: CN1042745A; FI885283A; FI85395B; DE68923064D1; FI885283A0; CA2002929A1; CA2002929C; EP0369968A3; EP0369968B1; ATE123828T1; EP0369968A2; FI85395C

Abstract

The invention concerns an arrangement in a part of a paper machine in which the surface properties of a roll and/or rolls are affected by regulating the temperature of the roll face by means of an external heating device. In the arrangement, such a combination of a heating device and a roll coating is used that the heating radiation penetrates through the paper or only directly to the roll face but does not heat the roll itself at a greater depth. Said roll coating is made of a dark, readily heatable and insulating material. The invention is utilized, e.g., in a calender or for detaching the paper from a roll.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in einem Teil einer Papiermaschine, in der auf die Oberflächeneigenschaften einer Walze und/oder Walzen durch Regeln der Temperatur der Walzenoberfläche mittels einer äußeren Heizvorrichtung eingewirkt wird.The invention relates to an arrangement in a part of a paper machine in which the surface properties of a roll and/or rolls are influenced by regulating the temperature of the roll surface by means of an external heating device.

Die Erfindung bezieht sich desweiteren auf die erfindungsgemäße Verwendung der Anordnung.The invention further relates to the inventive use of the arrangement.

Die Walzen und die Walzenoberflächen in unterschiedlichen Teilen einer Papiermaschine unterliegen einer Anzahl unterschiedlicher Anforderungen, wie beispielsweise Haltbarkeits-, Haftungs-, Übertragungs- und Ablöseeigenschaften.The rolls and roll surfaces in different parts of a paper machine are subject to a number of different requirements, such as durability, adhesion, transfer and release properties.

Beispielsweise sind in sogenannten geschlossenen Pressabschnitten, die üblicherweise in Papiermaschinen verwendet werden, in Verbindung mit der Zentralwalze, eine oder in der Regel mehrere Preßspalte ausgebildet. Ein Beispiel eines solchen Stand-der-Technik Preßabschnittes ist der Pressabsschnitt, der durch den Anmelder unter dem Warenzeichen "Sym-Press II" verkauft wird. Die glattflächige Zentralwalze im Preßabschnitt, die im Vergleich zu den anderen Walzen eine Walze mit einem größeren Durchmesser ist, ist üblicherweise aus Stein, in der Regel aus Granit. Da Granit ein inhomogenes natürliches Material mit geringer Zugfestigkeit ist, ist es in der Maschinenkonstruktion ziemlich problematisch. Sollte es erwünscht sein, daß eine Granitwalze erhitzt wird, sind deren temperaturabhängige Deformationen nicht-linear und kaum vorhersagbar.For example, in so-called closed press sections, which are usually used in paper machines, one or usually several press nips are formed in connection with the central roll. An example of such a state-of-the-art press section is the press section sold by the applicant under the trademark "Sym-Press II". The smooth-surfaced central roll in the press section, which is a roll with a larger diameter compared to the other rolls, is usually made of stone, usually granite. Since granite is an inhomogeneous natural material with low tensile strength, it is quite problematic in machine construction. Should it be desired that a granite roll be heated, its temperature-dependent deformations are non-linear and hardly predictable.

Als Walzenmaterial hat Granit relative gute Eigenschaften bezüglich Haftung, Übertragung und Ablösung der Bahn, was zumindest einer der Gründe für dessen Beliebtheit ist. Die Ablöseeigenschaften wurden jedoch weitere Verbesserungen erfordern, insbesondere im Falle ungebleichter Papierqualitäten.As a roller material, granite has relatively good properties regarding adhesion, transfer and release of the web, which is at least one of the reasons for its popularity. However, release properties would require further improvements, especially in the case of unbleached paper qualities.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird die Bahn durch freies Abziehen, ohne Unterstützung, von der Oberfläche der Zentralwalze in der Presse abgelöst. Dieses freie Ziehen ist ziemlich kritisch bezüglich des Papiermaschinenbetriebs. Bei diesem freien Ziehen wird ein Geschwindigkeitsunterschied verwendet, der die Bahn streckt, was bestimmte Nachteile zur Folge hat. Darüber hinaus bildet das freie Ziehen einen problematischen Punkt, der empfindlich gegenüber Zerreißen in der Papiermaschine ist. Früher wurde das Ablösen immer mechanisch durch Ziehen ausgeführt und die Erhitzung fand im Walzenkörper statt, wodurch die gesamte Walze heiß war. Dadurch wurde die Walze verschlissen und die Intervalle zwischen dem Abschleifen wurden kurz.As is known from the prior art, the web is released by free pulling, without support, from the surface of the center roll in the press. This free pulling is quite critical with regard to the paper machine operation. In this free pulling, a speed difference is used which stretches the web, which results in certain disadvantages. In addition, free pulling forms a problematic point which is sensitive to tearing in the paper machine. Previously, the release was always carried out mechanically by pulling and the heating took place in the roll body, making the entire roll hot. This caused the roll to wear out and the intervals between grinding became short.

Das freie Ziehen der Bahn wurde ein immer wichtigerer Problempunkt, aufgrund immer größer werdender Drehzahlen von Papiermaschinen und weil oft unterschiedliche Papierqualitäten von einer Papiermaschine produziert werden, mit unterschiedliche Haftung an der Oberfläche der Steinwalze, was Abweichungen in der notwendigen Spannung, die zum Ablösen der Bahn erforderlich ist, zur Folge hat.Free pulling of the web has become an increasingly important problem due to ever increasing speeds of paper machines and because often different paper qualities are produced by one paper machine, with different adhesion to the surface of the stone roll, which results in deviations in the necessary tension required to release the web.

Die EP-A-0 337 973 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung in einer Maschine zur Herstellung von Papier oder Pappe zum Erhitzen der Außenfläche eines solchen Zylinders oder Walze, die in direktem Kontakt mit der Bahn ist, die gegen die Walzenoberfläche gepreßt werden soll. Die Zylinderoder Walzenoberfläche wird von außen induktiv durch die Verwendung eines Magnetfelds erhitzt, mittels dem in der Außenschicht der Walze ein Heizeffekt produziert wird, der auf Wirbelströmen basiert. Als Zylinder- oder Walzenoberfläche wird eine relativ dünne äußere Schicht eines elektrisch leitfähigen Keramikmaterials benutzt, in das der Widerstands-Heizeffekt konzentriert wird. Die Eindrigtiefe des Heizeffekts in der Radialrichtung der zu erhitzenden Walze ist mittels der Dickenwahl der keramischen Außenschicht und/oder der elektrischen Frequenz des Induktionsheizens auf eine ausreichende geringe Tiefe beschränkt. Nebenbei wird das keramische Material der Außenschicht auf der Basis seiner elektrischen Eigenschaften ausgewählt, so daß der Zylinder- oder Walzenoberfläche die notwendigen Festigkeitseigenschaften gegeben ist, auch im Hinblick auf den thermischen Schock des Heizeffektes.EP-A-0 337 973 discloses a method and device in a machine for producing paper or cardboard for heating the outer surface of such a cylinder or roll which is in direct contact with the web to be pressed against the roll surface. The cylinder or roll surface is heated inductively from the outside by using a magnetic field, by means of which a heating effect based on eddy currents is produced in the outer layer of the roll. As the cylinder or roll surface, a relatively thin outer layer of an electrically conductive ceramic material is used, into which the resistance heating effect The penetration depth of the heating effect in the radial direction of the roller to be heated is limited to a sufficiently small depth by selecting the thickness of the ceramic outer layer and/or the electrical frequency of the induction heating. In addition, the ceramic material of the outer layer is selected on the basis of its electrical properties so that the cylinder or roller surface is given the necessary strength properties, also with regard to the thermal shock of the heating effect.

Die GB-A-2 169 381 offenbart eine synthetische Preßwalze für die Verwendung in einer Papiermaschine, wobei die Oberflächenschicht des Zylindermantels der Preßwalze aus einer Mischung von einem Metallpulver und einem Pulver aus anorganischem Material zusammengesetzt ist. Die Metallkomponente kann Kupfer, Bronze, rostfreier Stahl, Nickel, eine Chrom und/oder eine Titanlegierung sein, und das anorganische Pulver besteht aus Quartz, Feldspat, Al&sub2;O&sub3;, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, SiC, MgO, Si&sub3;N&sub4;, Cr&sub2;O&sub3;, WC, NbC, VC, Cr&sub7;C&sub3;, oder einem entsprechendem keramischen Material oder aus Mischungen derselben. Die Walzenoberfläche wird durch thermisches Sprühen, Gießen, durch Wickeln eines gesinterten und/oder eines gewalzten Bandes um den Zylinder, oder durch Verwenden einer flexiblen Matte, in der die gewünschte Mischung mittels PTFE eingebunden ist und in der die Vorbeschichtung durch Schmelzen mittels Induktion oder Lasererhitzen fixiert wird, hergestellt. Die Preßwalze sieht eine Vorrichtung vor, durch die das Ablösen der Papierbahn von der Walzenoberfläche gesteuert wird und der Widerstand der Walze bezüglich Temperaturveränderungen und mechanischer Belastungen verbessert ist.GB-A-2 169 381 discloses a synthetic press roll for use in a paper machine, wherein the surface layer of the cylinder shell of the press roll is composed of a mixture of a metal powder and a powder of inorganic material. The metal component may be copper, bronze, stainless steel, nickel, a chromium and/or a titanium alloy, and the inorganic powder consists of quartz, feldspar, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SiC, MgO, Si₃N₄, Cr₂O₃, WC, NbC, VC, Cr₇C₃, or a corresponding ceramic material or mixtures thereof. The roll surface is produced by thermal spraying, casting, by wrapping a sintered and/or rolled strip around the cylinder, or by using a flexible mat in which the desired mixture is bound by PTFE and in which the pre-coating is fixed by melting by induction or laser heating. The press roll provides a device by which the detachment of the paper web from the roll surface is controlled and the resistance of the roll to temperature changes and mechanical stresses is improved.

In der FI Patentanmeldung Nr. 870308 (EP-B-0276203) des Anmelders wird ein Regelsystem beschrieben, in dem das Ablösen der Papierbahn von der glatten Oberfläche der Zentralwalze in einer Presse besser gesteuert werden kann. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung solch ein Regelsystem zum Ablösen der Bahn zu schaffen, in dem die spannung beim Ablösen der Bahn unabhängig vom Trockensubstanzgehalt der Papierbahn, der Oberflächenenergie des Materials und der Drehzahl der Papiermaschine optimal eingestellt werden kann. Das Verfahren gemäß der FI-Anmeldung 870308 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren die Oberflächentemperatur der glattflächigen Preßwalze reguliert wird, und daß mittels der Regelung auf die Haftung zwischen der Walzenoberfläche und der abzulösenden Papierbahn eingewirkt wird und dadurch der Ablösewinkel und/oder die Ablösespannung der Papierbahn in einem optimalen Bereich eingestellt wird/werden.In the applicant's FI patent application no. 870308 (EP-B-0276203) a control system is described in which the detachment of the paper web from the smooth surface of the central roll in a press can be better controlled. It is particularly An object of the present invention is to create such a control system for detaching the web in which the tension during detachment of the web can be optimally adjusted independently of the dry matter content of the paper web, the surface energy of the material and the speed of the paper machine. The method according to FI application 870308 is characterized in that the surface temperature of the smooth-surfaced press roll is regulated in the method and that the control acts on the adhesion between the roll surface and the paper web to be detached and thereby the detachment angle and/or the detachment tension of the paper web is/are adjusted in an optimal range.

Andererseits ist die in dieser Anmeldung beschriebene erf indungsgemäße Vorrichtung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der glattflächigen Preßwalze Heizvorrichtungen vorgesehen sind, mittels derer auf die Temperatur der glatten Oberfläche der Preßwalze und dadurch auf das Ablösen der Bahn von der Walzenoberfläche eingewirkt wird.On the other hand, the device according to the invention described in this application is mainly characterized in that heating devices are provided in connection with the smooth-surfaced press roll, by means of which the temperature of the smooth surface of the press roll and thus the detachment of the web from the roll surface are influenced.

Die Erfindung der FI-Anmeldung 870308 (EP-B-0276203) basiert auf der Beobachtung, daß die Temperatur an der Grenzfläche zwischen der Papierbahn und der glatten Walzenoberfläche, von der die Bahn abgelöst werden soll, auf den Trockensubstanzgehalt der Bahn, die Oberflächenenergien der in Kontakt stehenden Materialien und die Viskosität des Wassers einwirkt, wobei diese Parameter wiederum auf die Haftung zwischen der Papierbahn und dem darin befindlichen Wasser einerseits und der glatten Walzenoberfläche andererseits einwirken. Durch Festsetzung der Zwischenabhängigkeit der Parameter, durch Steuerung dieser und durch Regeln der Temperatur der Walzenoberfläche mittels des Regelsystems der Erfindung auf der Basis dieser Information, ist es möglich, die Ablösespannung der Papierbahn sogar unter stark schwankenden Betriebsbedingungen auf einen geeigneten Wert einzustellen. Wenn in der Erfindung unterschiedliche Papierqualitäten verarbeitet werden, noch dazu mit unterschiedlichen Drehzahlen der Papiermaschine, ist es somit möglich, die Temperatur der glatten Oberfläche der Walze auf einen bestimmten festgesetzten Wert einzustellen, der für ein optimales Ablösen der Bahn und einer optimalen Laufgualität mit der zu jedem einzelnem Zeitpunkt verwendeten Bahnqualität und Maschinendrehzahl sorgt.The invention of FI application 870308 (EP-B-0276203) is based on the observation that the temperature at the interface between the paper web and the smooth roll surface from which the web is to be released affects the dry matter content of the web, the surface energies of the materials in contact and the viscosity of the water, which parameters in turn affect the adhesion between the paper web and the water therein on the one hand and the smooth roll surface on the other. By establishing the interdependence of the parameters, by controlling them and by regulating the temperature of the roll surface by means of the control system of the invention on the basis of this information, it is possible to set the release tension of the paper web to a suitable value even under strongly fluctuating operating conditions. If different paper qualities are processed in the invention, and at different speeds of the paper machine, it is thus possible to set the temperature of the smooth surface of the roller to a certain fixed value, which ensures optimal detachment of the web and optimal running quality with the web quality and machine speed used at any given time.

In der Erfindung der FI-870308 (EP-B-0 270 203) ist die Zentralwalze der Presse oder jede andere entsprechende glattflächige Walze, von der sich die Papierbahn ablösen soll, im wesentlichen eine Walze aus einem Metallmantel, die mit einem Metall beschichtet ist, mit einem keramischen Material, oder mit Mischungen derselben, eine gegossene Eisenwalze, oder eine unbeschichtete Metallwalze, die dazu angeordnet sind, durch einstellbare Heizvorrichtungen erhitzt zu werden. Das Erhitzen kann von innen nach außen und/oder von außerhalb der Walze zumindest teilweise durch aus dem Stand der Technik bekannte Methoden stattfinden. Die Erfindung der FI 870308 wird keineswegs darauf beschränkt, zum Ablösen der Bahn von der Zentralwalze der geschlossenen Pressabschnitte der Papiermaschinen alleine verwendet zu werden, sondern die Erfindung ist zum Steuern des Ablösens der Bahn von einer glattflächigen Walze in einer Presse allgemein, d.h. auch von einer anderen als einer Zentralwalze, geeignet und dazu bestimmt.In the invention of FI-870308 (EP-B-0 270 203) the central roll of the press or any other corresponding smooth-surfaced roll from which the paper web is to be released is essentially a roll made of a metal shell coated with a metal, with a ceramic material, or with mixtures thereof, a cast iron roll, or an uncoated metal roll, arranged to be heated by adjustable heating devices. The heating can take place from the inside outwards and/or from the outside of the roll at least partly by methods known in the art. The invention of FI 870308 is in no way limited to being used for detaching the web from the central roll of the closed press sections of the paper machines alone, but the invention is suitable and intended for controlling the detachment of the web from a smooth-surfaced roll in a press in general, i.e. also from a roll other than a central roll.

Als Stand der Technik wird ferner die Lösung gemäß der finnischen Patentanmeldung Nr. 870309 (EP-B-0 276 202) genannt, in der das zwischen der Bahn und der Walzenoberfläche befindliche Wasser durch eine unter anderem auf den Walzenmantel aufgebrachte Hitzeeinwirkung erhitzt und vorzugsweise verdampft wird, und zwar örtlich im Bereich des Ablösepunkts, um die Bahn von der Walzenoberfläche abzulösen. Da erfindungsgemäß die Arbeit des Ablösens der Bahn durch Verdampfen ausgeführt wird, ist es überhaupt nicht notwendig, die Bahn zu dehnen, um die Bahn abzulösen, was wiederum einen geschlossenen Zug von der Zentralwalze in der Presse zum Trocknungsabschnitt, beispielsweise auf den Trocknungssieb erlaubt.The state of the art also includes the solution according to Finnish patent application No. 870309 (EP-B-0 276 202), in which the water between the web and the roll surface is heated and preferably evaporated by heat applied to the roll shell, among other things, locally in the area of the detachment point in order to detach the web from the roll surface. Since, according to the invention, the work of detaching the web is carried out by evaporation, it is not at all necessary to to stretch the web to release the web, which in turn allows a closed pull from the central roll in the press to the drying section, for example onto the drying wire.

Die Aufgabe der Erfindung ist eine Weiterentwicklung der Lösungen gemäß der FI-Anmeldungen 870308 (entsprechend EP-B-0 276 203) und 870309 (entsprechend EP-B-0 276 202), indem man sich eben den Zielen dieser Anmeldungen nähert, die unter anderem eine bessere Steuerung des Ablösens der Papierbahn von der glatten Oberfläche der Zentralwalze in der Presse ebenso wie das Vorsehen eines solchen Systems zur Regelung des Ablösens der Bahn ist.The object of the invention is to further develop the solutions according to FI applications 870308 (corresponding to EP-B-0 276 203) and 870309 (corresponding to EP-B-0 276 202) by approaching the very objectives of these applications, which are, among other things, better control of the detachment of the paper web from the smooth surface of the central roll in the press as well as the provision of such a system for regulating the detachment of the web.

Ein Ziel der Erfindung ist eine weitere Ausdehnung des Anwendungsfeldes der Erfindung, so daß bei jeder Anwendung die Ablösespannung der Bahn unabhängig vom Trockensubstanzgehalt der Papierbahn, der Oberflächenenergie des Materials und der Drehzahl der Papiermaschine optimal festgesetzt werden kann.One aim of the invention is to further expand the field of application of the invention so that in each application the release tension of the web can be optimally set independently of the dry matter content of the paper web, the surface energy of the material and the speed of the paper machine.

Ein Ziel der Erfindung ist die zusätzliche Ausdehnung des Anwendungsfeldes der Erfindung, so daß die Erfindung auch zur Abwandlung anderer Oberflächeneigenschaften neben den Ablöseeigenschaften verwendet werden kann.An aim of the invention is to further expand the field of application of the invention so that the invention can also be used to modify other surface properties in addition to the release properties.

Es ist ein spezielles Ziel der Erfindung, geeignete Oberflächenmaterialien für Anwendungen vorzusehen, bei denen eine Heizvorrichtung außerhalb der Walze verwendet wird.It is a particular object of the invention to provide suitable surface materials for applications where a heater external to the roll is used.

Um diese Aufgaben bzw. Ziele zu erreichen, hat die erfindungsgemäße Anordnung wie sie in der Präambel des Anspruchs 1 definiert ist, die Merkmale aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.In order to achieve these objects or aims, the inventive arrangement as defined in the preamble of claim 1 has the features of the characterizing part of claim 1.

Es ist die Idee der erfindungsgemäßen Kombination der Beschichtung und des Erhitzens, daß die dunkle Oberfläche des Oberflächenmaterials das von der Heizvorrichtung kommende Licht effektiv absorbiert und somit die Walzenoberfläche erhitzt wird, das Papier aber nicht. Darüber hinaus ist das Beschichtungsmaterial so gewählt, daß es als eine thermische Isolierung wirkt, wodurch der Rest der Walze nicht erhitzt wird und die Heizleistung nicht vergeudet wird.The idea of the inventive combination of coating and heating is that the dark surface of the surface material absorbs the heat coming from the heating device. Light is effectively absorbed, so the roller surface is heated but the paper is not. In addition, the coating material is chosen to act as a thermal insulator, so the rest of the roller is not heated and the heating power is not wasted.

Die äußere Heizvorrichtung ist vorteilhafterweise ein Kurzwellen-Infrarotheizgerät oder ein Laserheizgerät, das in der Lage ist, die Beschichtung zu beheizen. Es ist ein Vorteil des Infrarot-Heizens, daß die Oberfläche auch durch das Papier hindurch erhitzt werden kann. Es muß nur eine dünne Oberflächenschicht der Walze erhitzt werden, während der Rest der Walze die Umgebungstemperatur hält Ausführungen von Heizgeräten sind in den früheren Patentanmeldungen der Anmelderin FI-870308 (EP-B-0 276 203) und FI-870309 (EP-B-0 276 202) beschrieben.The external heating device is advantageously a short-wave infrared heater or a laser heater capable of heating the coating. It is an advantage of infrared heating that the surface can also be heated through the paper. Only a thin surface layer of the roller needs to be heated, while the rest of the roller maintains the ambient temperature. Designs of heating devices are described in the applicant's earlier patent applications FI-870308 (EP-B-0 276 203) and FI-870309 (EP-B-0 276 202).

Es wäre die Funktion der Beschichtung, einen thermischen Schock auf das Papier aufzubringen. Der thermische Schock kann beispielsweise zum Trocknen des Papiers oder zum Ablösen des Papiers von der Walze verwendet werden. Eigenschaften der Beschichtung schließen eine dunkle Oberfläche ein, gutes thermisches Isolationsvermögen, guten Hitzewiderstand, guten thermischen Schockwiderstand, einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizient, hohe Heizkapazität, gute Verschleißbeständigkeit und/oder gute Korrosionsbeständigkeit. Eine Beschichtung dieses Typs ist beispielsweise eine Chromoxid-Siliziumoxid-Zusammensetzung (chromia-silicacomposite), die durch thermisches Aufsprühen bereitet wurde. Es ist ein Vorteil dieses Materials, daß es dunkel, korrosionsbeständig und verschleißfest ist, wodurch es aus diesem Grund eine Aufgabe der Erfindung ist, das Material für verschiedene Verwendungszwecke wie beispielsweise für einen Kalander anzuwenden.The function of the coating would be to apply a thermal shock to the paper. The thermal shock can be used, for example, to dry the paper or to release the paper from the roller. Properties of the coating include a dark surface, good thermal insulation, good heat resistance, good thermal shock resistance, a low thermal expansion coefficient, high heating capacity, good wear resistance and/or good corrosion resistance. A coating of this type is, for example, a chromia-silica composite prepared by thermal spraying. It is an advantage of this material that it is dark, corrosion-resistant and wear-resistant, which is why it is an object of the invention to apply the material for various purposes, such as for a calender.

Somit wird ein dunkles, leicht erhitzbares Material als Walzenbeschichtung verwendet. Das Material für die letzte Beschichtung wird genau gemäß den oben gewünschten letzteren zusätzlichen Eigenschaften ausgewählt. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Keramik oder eine keramische Zusammensetzung oder eine Mischung einer Keramik und eines metalls sein.Thus, a dark, easily heatable material is used as a roller coating. The material for the last Coating is selected precisely according to the above desired latter additional properties. The coating can be, for example, a ceramic or a ceramic composition or a mixture of a ceramic and a metal.

Wenn Härte und Verschleißbeständigkeit für das Material gewünscht sind, werden vorteilhafterweise Materialien verwendet, die auf Aliminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) oder Chromoxid (Cr&sub2;O&sub3;) basieren. Andererseits, wenn Hitzebeständigkeit, Schlagfestigkeit und/oder thermisches Isolationsvermögen für das Material gewünscht wird/werden, werden vorteilhafte Materialien gewählt, die auf Zirkonerde (ZrO&sub2;) basieren. Bei Endoberflächenanwendungen mit hohen Anforderungen, werden vorteilhafterweise Materialien verwendete die auf Titanoxid (TiO&sub2;) basieren.If hardness and wear resistance are desired for the material, materials based on aluminum oxide (Al₂O₃) or chromium oxide (Cr₂O₃) are advantageously used. On the other hand, if heat resistance, impact resistance and/or thermal insulation capacity are desired for the material, advantageous materials based on zirconia (ZrO₂) are chosen. In finish surface applications with high requirements, advantageous materials based on titanium oxide (TiO₂) are used.

Beschichtungsmaterialien können alleine oder in Schichten verwendet werden, in Abhängigkeit von den Verwendungsaufgaben, beispielsweise um einen geeigneten Widerstand bzgl. thermischer Schocks oder ein thermisches Isolationsvermögen zu schaffen.Coating materials can be used alone or in layers, depending on the application tasks, for example to provide appropriate resistance to thermal shock or thermal insulation capacity.

Ein erfindungsgemäßes Verwendungsziel liegt in einer Kalanderwalze, wobei der Heizeffekt der Heizvorrichtung durch das Papier hindurchdringt, wodurch die heiße Walzenoberfläche die Oberflächeneigenschaften des Papiers ändert. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind beispielsweise Cr&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;. Auf Wunsch kann Zirkonerde oder Vergleichbares als thermische Isolierung unterhalb eines dünnen Keramikmantels verwendet werden.One application according to the invention is in a calender roll, whereby the heating effect of the heating device penetrates through the paper, whereby the hot roll surface changes the surface properties of the paper. Suitable coating materials are, for example, Cr₂O₃, Al₂O₃, TiO₂. If desired, zirconia or similar can be used as thermal insulation beneath a thin ceramic jacket.

Die Erfindung kann ferner verwendet werden, um das Papier durch Erhitzen (durch Einwirken auf die Viskosität des Mediums) oder durch Verdampfen der Grenzfläche, beispielsweise durch Verdampfen des Wassers im Fall einer Preßwalze, oder eines Leimwirkstoffes im Falle einer Führungswalze in einer Leimungsvorrichtung, von der Walze zu lösen. Mit anderen Worten kann die Anordnung in einer Führungswalze in einem separaten Leimungszylinder verwendet werden, um das Abziehen mittels eines Abstreichers zu erleichtern, wobei in diesem fall die heiße Walzenoberfläche etwas von der Leimschicht verdampft und das Papier von der Walze löst. Beschichtungsmaterialien, die zu diesem Zweck geeignet sind, enthalten beispielsweise Cr&sub2;O&sub3;.The invention can also be used to heat the paper (by acting on the viscosity of the medium) or by evaporating the interface, for example by evaporating water in the case of a press roll, or a sizing agent in the case of a guide roll in a sizing device, from the roller. In other words, the arrangement in a guide roller can be used in a separate sizing cylinder to facilitate stripping by means of a scraper, in which case the hot roller surface evaporates some of the glue layer and releases the paper from the roller. Coating materials suitable for this purpose contain, for example, Cr₂O₃.

Ein Anwendungsziel kann auch eine Aufnahmewalze sein, in der sich ein Papiermaschinenfilz zwischen dem Papier und der Walze befindet.An application target can also be a take-up roll in which a paper machine felt is located between the paper and the roll.

Die Dicken der Beschichtung können beispielsweise 10 im bis 10 mm, am geeignetsten um 50 µm bis 150 µm, betragen.The thickness of the coating can be, for example, 10 µm to 10 mm, most suitably around 50 µm to 150 µm.

Wenn es wünschenswert ist, eine gute Haftung der Beschichtung an der Walze, eine erhöhte Zähigkeit und gute Verschleißbeständigkeit der Beschichtung gleichzeitig zu erhalten, ist es mit der Erfindung möglich, in dem Beschichtungsmaterial ein Metall als Legierungmittel zu verwenden, wobei das Verhältnis beispielsweise 1 zu 10 ... 30 (Metall zu Keramik) beträgt. Ein Beispiel einer Beschichtung könnte eine Oberflächenschicht von WC 86 Co 20 Cr4 sein, die von dem Walzenkörper durch eine Schicht Zr&sub2;O&sub3; isoliert ist.If it is desirable to obtain good adhesion of the coating to the roll, increased toughness and good wear resistance of the coating at the same time, it is possible with the invention to use a metal as an alloying agent in the coating material, the ratio being, for example, 1 to 10...30 (metal to ceramic). An example of a coating could be a surface layer of WC 86 Co 20 Cr4, which is isolated from the roll body by a layer of Zr₂O₃.

Um eine Walzenbeschichtung herzustellen, ist es möglich, Stand-der-Technik Verfahren zu verwenden, beispielsweise pulvermetallurgische Verfahren.To produce a roller coating, it is possible to use state-of-the-art processes, for example powder metallurgy processes.

Durch die Erfindung werden eine Anzahl an Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik erhalten. Dadurch ist es möglich, eine verschleißbeständige Oberfläche zu schaffen, wobei gleichzeitig die Ablöse- und andere Eigenschaften der Oberfläche äußerst genau in der gewünschten Art und Weise durch das System der Walzenerhitzung und durch eine geeignete Materialauswahl geändert werden können.The invention provides a number of advantages over the prior art. This makes it possible to create a wear-resistant surface, while at the same time the release and other properties of the surface can be changed extremely precisely in the desired manner by the roller heating system and by a suitable choice of material.

Somit sind die verschiedenen Anwendungsziele der Erfindung kurz gesagt ein Ablösen von Papier von einer Walze durch Erhitzen (durch Einwirken auf die Viskosität) oder durch verdampfen der Grenzfläche, Erhitzen des Papiers und/oder Verändern der Oberflächeneigenschaften des Papiers durch Erhitzen.Thus, the various application objectives of the invention are, in short, releasing paper from a roller by heating (by acting on the viscosity) or by vaporizing the interface, heating the paper and/or changing the surface properties of the paper by heating.

Für diese Anwendungen ist eine Kurzwellenstrahlung geeignet, deren Wellenlänge beispielsweise 1 µm ist, wenn die Strahlung die Bahn durchdringen soll (Infrarotheizgerät); wenn die Walzenoberfläche direkt erhitzt wird, ist eine Strahlung mit einer längeren Wellenlänge geeignet (Infrarotheizgerät 1...5 µm, CO&sub2;-Laser 10,6 µm). Die Leistungsanforderung hängt von der Bahnlänge, der Bahndicke, der Bahnfeuchtigkeit und von dem Füllstoffmaterial ab. Im Folgenden werden Materialbeispiele gegeben, die für den Gebrauch in der Erfindung geeignet sind. Beispiele von Oberflächenmaterial-Zusammensetzungen, die auf verschiedenen Oxiden basieren. Bestandteile (weißes Aliminiumoxid) (weißes Aliminiumoxid-Titanoxid) (Zirkonerde) (Yttererde stabilisierende Zirkonerde) (Aluminumoxid Zirkonerde) (Titanoxid) (Chromoxid (Chromia)) Thermische Ausdehnungs Koeff. Thermische LeitfähigkeitFor these applications, shortwave radiation is suitable, the wavelength of which is, for example, 1 µm, if the radiation is to penetrate the web (infrared heater); if the roll surface is to be heated directly, radiation with a longer wavelength is suitable (infrared heater 1...5 µm, CO₂ laser 10.6 µm). The power requirement depends on the web length, the web thickness, the web moisture and the filler material. Examples of materials suitable for use in the invention are given below. Examples of surface material compositions based on different oxides. Components (white Alumina) (white alumina-titanium oxide) (zirconia) (yttrium oxide stabilizing zirconia) (alumina zirconia) (titanium oxide) (chromium oxide (chromia)) Thermal expansion coefficient Thermal conductivity

Claims

1. Arrangement in a part of a paper machine in which by means of an external heating device the surface properties of a roller or rollers are influenced by regulating the temperature of the roller surface, characterized in that

in the arrangement a combination of a heating device and a roller coating is used such that the heat radiation penetrates through the paper produced in the machine or directly onto the roller surface, but does not heat the roller itself to a greater depth, that the heating device is an external short-wave infrared heater which is capable of heating the coating, that the roller coating consists of a dark, easily heatable material which insulates heat so that the roller is not heated to a greater depth, and that the coating consists of a ceramic or of a ceramic mixture or of a mixture of ceramic and metal.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the wavelength of the beam of the infrared heater is 1 µm ± 0.5 µm if the heating takes place through the web, and 1...5 µm if the roller surface is heated directly; and that when heating with a laser the wavelength is 10.6 µm if the roller surface is heated directly.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the composition of the coating material is finally selected according to the desired additional properties, where the properties are, for example, wear resistance, release properties, corrosion resistance, thermal insulation capacity, heat resistance, thermal shock resistance, thermal expansion coefficient and heating capacity.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that materials based on aluminum oxide (Al₂O₃) or chromium oxide (chromia) (Cr₂O₃) are used to obtain hardness and wear resistance.

a 5. Arrangement according to claim 3, characterized in that materials based on zirconia (ZrO₂) are used in order to obtain heat resistance, shock resistance and/or thermal insulation capacity.

6. Arrangement according to claim 3, characterized in that in applications with high demands on surface smoothness materials based on titanium oxide (TiO₂) are used.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that depending on the application, coating materials can be used alone or in layers.

8. Use of an arrangement according to one of claims 1 to 7 in a calender, characterized in that the heating effect of the heating device is allowed to penetrate through the paper, whereby the hot roller surface changes the surface properties of the paper.

9. Use according to claim 8, characterized in that suitable coating materials for this purpose are, for example, Cr₂O₃, Al₂O₃, TiO₂.

10. Use according to claim 8, characterized in that zirconia or equivalent is used as thermal insulation beneath a thin ceramic jacket.

11. Use of a system according to any one of claims 1 to 7 for releasing a paper from a roller by heating (by acting on the viscosity) or by evaporating the interface, for example water in the case of a press roller, and a coating agent in the case of a guide roller in a coating device, such as in a sizing cylinder, to facilitate the stripping by means of a scraper, the heating or evaporation of the glue layer and the release of the paper from the roller by the hot roller surface.

12. Use according to claim 11, characterized in that coating materials suitable for this purpose contain, for example, Cr₂O₃.

13. Use according to claim 8, characterized in that the object of application is the central roller in a press, a size press or a release coating guide roller.