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Kalander Kalander dienen dem Zweck, Stoffe zwischen drehenden Walzen
zu behandeln, z. B. zu kneten, zu verdichten oder zu glätten. Der Aufbau der Kalander
ist abhängig von dem zu behandelnden Stoff. Kalander bestehen aus zwei oder mehreren
übereinander und parallel zueinander gelagerten Walzen, welche aus elastischem oder
unelastischem Material sein können und gegebenenfalls heizbar oder kühlbar sind.
Eine oder mehrere Walzen werden mit gleichbleibender oder veränderlicher Geschwindigkeit
angetrieben, wobei auch ein äußerer Druck, durch Gewichte, auf pneumatische oder
hydraulische Weise, auf die Walzen ausgeübt werden kann.
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Die höchstentwickelte Stufe der Kalandertechnik bilden wohl die Papierkalander,
an welche durch ihre große Walzenzahl und Geschwindigkeit sowie ihren großen Druck
sehr hohe Anforderungen gestellt werden und bei denen sich Konstruktionsschwächen
am meisten bemerkbar machen.
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Papierkalander dienen zum beiderseitigenGlätten und Glänzen des Papiers,
das in Rollen von der Papiermaschine kommt und zwischen den Walzen des Kalanders
hindurchgezogen wird. Die Kalander bestehen aus sechs bis achtzehn übereinanderliegenden
Walzen, die abwechselnd aus Stahl und elastischem Material hergestellt sind. Eine
der Walzen wird angetrieben, und zwar bei kleiner Walzenzahl die unterste, bei größerer
Walzenzahl die dritte oder fünfte Walze von unten. Die anderen Walzen werden durch
Reibung mitgenommen. Stahlwalzen und elastische Walzen wechseln miteinander ab.
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Die Stahlwalzen und nicht die elastischen Walzen erzeugen den Glanz
auf dem Papier. Etwa in der Mitte des Kalanders liegen zwei elastische
Walzen
nebeneinander; dadurch wird statt eines einseitigen Glättens ein beiderseitiges
Glätten erzielt. Durch Einstellung des Druckes erhält man den gewünschten Glättungsgrad.
Dieser Druck setzt sich zusammen aus dem Eigengewicht der Walzen, welches praktisch
gleichmäßig über die Arbeitslänge der Walzen verteilt ist, und dem zusätzlichen
Druck, welcher meistens über Hebel auf die Lager der obersten Walze ausgeübt wird.
Mit pneumatischem oder hydraulischem Druck ist sehr leicht eine feinstufig einstellbare
Regelung erzielbar.
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Das Gewicht der Kalander ist beträchtlich und wird praktisch durch
das große Gewicht der Walzen, insbesondere der obersten und untersten Stahlwalze,
bestimmt. Eine eventuelle Gewichtseinsparung muß deshalb von den Walzen ausgehen.
Durch die Art der Lagerung und den zusätzlichen Arbeitsdruck hat es sich besonders
bei großen Arbeitsbreiten als notwendig erwiesen, die oberste und unterste Walze
ballig zu schleifen und die. mittlere Durchbiegung möglichst auszugleichen; ein
befriedigendes Kalandrieren ist sonst praktisch nicht möglich. Das Schleifen erfordert
beste Fachkräfte; die meisten Papierfabriken haben ihre eigene Reparaturwerkstatt
und legen deshalb auf eine leichte und einfache Bearbeitung großen Wert.
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Für die Druckerzeugung reichen die bekannten Druckvorrichtungen völlig
aus; aus Gewichtsrücksichten soll man die Walzen auch durch richtige Formgebung
so leicht machen, wie dies bei den gestellten Ansprüchen möglich ist. Da eine starke
Wechselwirkung zwischen der äußeren Form der Walzen und ihrer Lagerung besteht,
muß auch diese berücksichtigt werden, um das geringste Gewicht zu erzielen.
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Von Sachverständigen wird die Lagerung der Walzen als das Kernproblem
des Kalanders betrachtet. jedenfalls hat die Lagerung weit größere Schwierigkeiten
verursacht als die Walzen, und dieses Problem hat die Aufmerksamkeit stärker auf
sich gezogen.
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Durch das sogenannte Tanzen der Kalanderwalzen, das durch Ungleichmäßigkeiten
im Papier und in den Walzen verursacht wird, und durch die äußere Druckerzeugung,
welche eine schwänzelnde Zapfenbewegung verursacht, ist man infolge der sehr hohen
Anforderungen, die an die Lager gestellt «-erden müssen, von den anfänglich verwendeten
Lagern mit Halbbacken an den Seiten der Walzenzapfen abgekommen, und werden jetzt
in den fortschrittlichen Konstruktionen schwere Walzenlager mit Ringlaufölschmierung
und Wasserkühlung verwendet.
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Es sind auch Druckrollen hzw. Tragwalzen bekanntgeworden, die gleichzeitig
die horizontale Führung der Kalanderwalzen übernehmen, wobei allerdings eine genaue
Führung nur bei einem bestimmten Vertikaldruck gesichert ist und die Lager dieser
Druckrollen bz«-. Tragwalzen so gebaut sein müssen, daß sie sowohl vertikale als
auch horizontale Kräfte aufnehmen können.
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Grundsätzlich ist jedoch eine vertikale Lagerung, cla die `Falzen
aufeinander liegen, nicht nötig, und es ist nur eine Lagerung in seitlicher Richtung
erforderlich.
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Erfindungsgemäß werden aus diesem Grund die Kalund.erwalzen zwischen
seitlich angebrachten Führungsrollen vertikal frei beweglich gelagert. Eine weitere
Verbesserung wird dadurch erzielt, daß das Kalandrieren zwischen zapfenlosen Walzen
stattfindet, wodurch das Walzengewicht geringer und die Walzenanfertigung erleichtert
wird.
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Fig. i zeigt ein prinzipielles Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig.2 zeigt in Vorderansicht, teilweise im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung; Fig. 3 -zeigt die in Fig. 2 dargestellten Teile von der Seite; Fig. 4.
zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 5 und 6 zeigen in einem
Ausführungsbeispiel in Seiten- und in Vorderansicht den Antrieb des Kalanders.
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Die Walze i ist zwischen den Rollen :2 und 3 gelagert. Ohne das seitliche
Spiel d und 411, 5 und 5a unzulässig zu vergrößern, ist eine wesentliche vertikale
Bewegung nach oben oder unten aus der Nullstellung möglich; diese reicht bei der
Verstellung der Walzen bei den praktisch in Frage kommenden Papierdicken völlig
aus. Wenn die Walzen richtig aufeinander gelagert sind, ist der seitliche Druck
6 unabhängig von dem Anpreßdruck. Der seitliche Druck für eine Walze ist gleich
der aufgenommenen Umfangskraft 7 minus der abgegebenen Umfangskraft ß. Dies ergibt
sehr kleine seitliche Drücke, welche auch bei den größten Kalanderleistungen von
kleinen normalen Walzenlagern mit Fettschmierung anstandslos aufgenommen «erden
können.
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Bei Kalandern müssen noch verschiedene andere Probleme berücksichtigt
werden; die Lösungen, welche durch die Walzen- und Rollengestaltung sehr beeinflußt
werden, sind auch Gegenstand dieser Erfindung und werden, um eine klare Übersicht
zu ermöglichen, der Reihe nach behandelt. Es seien z. B. der Antrieb, die Anpressung
und die Gestellgestaltung genannt. Der Sachverständige wird sich am Ende dieser
Beschreibung über die Lösung der wesentlichen Probleme ein zusammenfassendes Bild
machen können. Sämtliche Probleme gehören untereinander eng zusammen und ergeben
eine grundlegende Änderung im Kalanderbau, die auf der neuen Lagerung bzw. der zapfenlosen
Ausbildung der Walzen beruht.
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Die gebräuchlichsten Stahlwalzen haben angegossene oder eingesetzte
Zapfen. Diese Zapfen werden bei Benutzung von Führungsrollen überflüssig, was die
Anwendung von zweckmäßigen Anfertigungs- (z. B. Schleuderguß ) und Bearbeitungsverfahren,
z. B. spitzenloses Schleifen in einfachster Form, sowohl für die Stahlwalzen als
auch für die Papierwalzen ermöglicht.
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Die Bedingungen, die an die Stahlwalzen gestellt werden müssen, sind
schwer. Die Walzen müssen eine glasharte, hochglanzpolierte, zähe und dauerhafte
Oberfläche ohne Poren oder andere Fehler
haben. Die Walzen müssen
möglichst unelastisch und deshalb unverformbar, außerdem leicht und gleichmäßig
zu erhitzen und zu kühlen sein. Die jetzt benutzten Hartgußwalzen erfüllen alle
diese Bedingungen nur in gewissem Umfange.
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Die zapfenlosen Stahlwalzen gemäß der Erfindung sind in ihrer einfachsten
Form Voll- oder Hohlzylinder. Bei der Benutzung von Hohlzylindern aus einem Sonderstahl
können alle an die Oberfläche zu stellenden Wünsche restlos erfüllt werden, ohne
daß große Materialkosten entstehen. Die Innenseite kann so geformt werden, daß die
Walzen bei geringstem Materialaufwand die günstigste Versteifungsform und, falls
gewünscht, die zweckmäßigste Führung der Kühl- oder Heizstoffe haben. Bisher sind
lediglich solche Kalanderwalzen bekannt, bei denen eine schraubenförmige Ausdre'hung
im Innern der Hohlwalze zum Ableiten des Kondenswassers vorgesehen ist, wobei aber
die Steifigkeit der Walze leidet. Es ist besonders vorteilhaft, die Stahlwalzen
aus einem Mantel und einem Kern aufzubauen. In diesem Fall kann jeder Teil aus dem
günstigsten Material für die besonderen Bedingungen hergestellt werden, welches
auch durch die zweckmäßigste Formgebung des Kerns, z. B. zelten- oder scheibenförmige
Ausführung mit oder ohne zentrale Welle, erleichtert wird. Wenn nun aber noch der
Innendurchmesser des Mantels und der Außendurchmesser des Kerns so bemessen sind,
daß der Mantel unter Druck steht, wodurch dieser eine Vorspannung erhält, die sich
dem für das Kalandrieren benötigten Druck entgegenstellt, so ist die Walzenverformung
auch bei geringem Walzengewicht unwesentlich.
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Fig. 2,3 und 4 zeigen zwei Ausführungsbeispiele. Bei Fig.2
und 3 besteht die Stahlwalze 9 aus einem Mantel io, worin sich eine schraubenlinienförmige
Versteifung i i befindet, welche die Heiz- und Kühlmittel mit einer Geschwindigkeit,
abhängig von der Walzendrehzahl. von der Zufuhr- zur Abfuhrleitung befördert. Nach
Fig. 4 ist in dem Mantel io -ein rohrförmiges, vorgespanntes Versteifungsrohr 12
angebracht, das in diesem besonderen Fall in der Mitte eine innere Verzahnung 13
hat.
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Was die elastischen Walzen betrifft, so werden diese aus einer Welle
mit Papiermantel und Druckscheiben aufgebaut. Der Mantel besteht aus Scheiben einer
Sonderpapiersorte, welche unter besonders hohem Druck zusammengepreßt wird. Die
Welle trägt die Lagerung, der dicke Papiermantel sorgt für die nötige Elastizität.
Der Papiermantel wird im.Betrieb, wenn die Oberfläche schadhäft geworden ist, bis
zu einer Manteldicke von etwa 40 mm abgedreht, ohne seine Elastizität zu sehr einzubüßen.
Diese Papierwalzen sind sehr teuer.
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Da keine Welle für die Lagerung benötigt wird, ist es möglich, ein
Stahlrohr oder mehrere konzentrische Stahlrohre für die Papierwalzen zu benutzen.
Diese Rohre können elastisch sein und ermöglichen außerdem eine gute Kühlung, die
für Papierwalzen besonders wichtig ist, insbesondere wenn die Stahlwalzen hoch erhitzt
werden, wie das z. B. bei Pergaminkalandern der Fall ist. Durch die Elastizität
des Stahlkerns wird die kleinste zulässige Papiermanteldicke geringer, wodurch die
Lebensdauer der Papierwalze verlängert wird. Auch ändert sich die Elastizität der
Walze, ob neu oder alt, weniger.
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Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer solchen elastischen
Walze, welche aus einem Papiermantel 14 besteht, der auf die konzentrischen Stahlrohre
15 und 16 aufgebracht ist und von den Druckscheiben 17 zusammengepreßt wird.
Die Stahlrohre können mit den Druckscheiben verschweißt werden, wenn man auf die
zweifelhaften Vorteile eines Neubezuges verzichtet.
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Wie schon aufgeführt, wurden zuerst offene, seitliche Backen für die
Lagerung der Walzen verwendet, wobei .das Öl von Lager zu Lager tropfte. Von diesen
Lagern wurde Abstand genommen, da die vertikale Beweglichkeit der Walzen nicht ausreichte
und auch weil die offene Ausführung der Verschmutzung der Papierwalzen nicht genug
Einhalt bot. Papierwalzen werden durch Verschmierung brüchig, so daß die Lebensdauer
der Walzen herabgesetzt wird, weshalb für die Lagerung eine gute Öl- und Fettabdichtung
erforderlich ist. Von den genannten Lagern führte der Entwicklungsweg zu den selbsteinstellbaren
Lagern mit festen Schmierringen, wozu im Laufe der Zeit noch ein Zentralschmierungssystem
mit Ringlauf und Ölpumpe, künstlicher Ölkühlung und Wasserkühlung der Lager kam.
Die Wälzlager, welche jedoch groß und teuer sind und einer sorgfältigen Wartung
bedürfen, sind bis jetzt die Endstufe. Durch das Eigengewicht der Walzen und die
Anpressung werden die Walzen einer veränderlichen Durchbiegung unterworfen, was
auf die Lager zurückwirkt. Auch bei dem geringsten Unterschied im Papier oder Walzendurchmesser
irgendwo im Kalander ändert sich die Lage der Walzen. Ein Tanzen der Kalanderwalzen
und ein Schwänzeln der Zapfenenden treten auf. Wegen der großen Geschwindigkeit
können die Lager nur sehr bedingt nachfolgen. Hieraus ist ersichtlich, welche außerordentlich
schweren Bedingungen den Lagern gestellt werden. Dieses Kernproblem des Kalanders
hat deshalb auch die Form des Kalandergestells beeinflußt. Eine nachträgliche, einfache
Auswechslung der Walzen oder ihrer Lagerung muß aber um jeden Preis gewährleistet
sein.
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Das Problem der Walzenlagerung wird auch durch die Walzenform aufgerollt.
Daß eine seitliche Führung eigentlich genügt, wurde schon hervorgehoben. Die Zapfenlagerung
muß deshalb durch eine Führungslagerung ersetzt werden. Die einfachste Form einer
solchen Lagerung sind zwei parallele Gleitbahnen, zwischen denen die Walzen oder
ihre Zapfen mit nur geringer Toleranz gelagert sind. Infolge der kleinen Gleitfläche
und des resultierenden großen Druckes zwischen Gleitbahn und Zapfen genügt diese
Führung jedoch nicht hohen Ansprüchen. Das benötigte vertikale Spiel der Walzen
ist nur klein. Von voller Belastung mit eingedrückten elastischen Walzen bis zur
vollen Lüftung der entlasteten Walzen wird nur eine Verschiebung
von
etwa 3 mm je Walzenpaar benötigt. Die Gleitbahnen können deshalb erfindungsgemäß
durch eine Reihe von Führungsrollen ersetzt werden. Um eine große vertikale Beweglichkeit
zu ermöglichen, läßt man die Führungsrollen an dem großen Walzendurchmesser angreifen.
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Bei dieser Führungsrollenlagerung werden die beiden großen und anspruchsvollen
Walzenzapfenlager je Walze durch vier kleine, mit Wälzlagern versehene Rollen ersetzt,
die leicht in großer Menge hergestellt werden können und deshalb billig und immer
vorrätig sind sowie nur der gewöhnlichen Fettschmierung bedürfen. Da das Fett nur
einmal im Jahr erneuert zu werden braucht, ist auch die teuere und komplizierte
zentrale Schmierung nicht länger nötig. Eine Auswechslung der Lagerung, falls diese
nötig sein sollte, ist innerhalb kürzester Zeit möglich, da die vollständigen Führungsrollen
für alle Walzen brauchbar sind und die nötigen Handgriffe von einer Person leicht
zu erledigen sind.
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Es zeigt sich aber noch ein anderer wesentlicher Vorteil. Da die Temperatur
der Lager unter normalen Umständen ein Maß für den aufgenommenen Druck ist, so kann
man durch eine einfache Temperaturmessung die Druckverteilung über die vier Führungsrollen
schätzen und die Führungsrollen so einstellen, daß die gewünschte Druckverteilung
erzielt wird. Mit diesem Hilfsmittel können die Walzen auch während des Betriebes
in jeder gewünschten Lage genauestens ausgerichtet und überwacht werden. Da alle
Temperaturmessungen von einer Zentralstelle vorgenommen werden können, ist man im
Handumdrehen in der Lage, eine sehr feinfühlige Überwachung des ganzen Kalanders
vorzunehmen, eine Maßnahme, die in diesem Grad bei den bekannten Kalandern völlig
ausgeschlossen ist. Die Temperaturüberwachung kann z. B. durch temperaturernpfindliche
Farben, Längenausdehnungs- und -messungsapparate und vor allem mit thermo- und thermoelektrischen
Meßinstrumenten und auch Bimetallstreifen vorgenommen werden. Auch wird es möglich,
mit diesen Mitteln den ganzen Kalanderantrieb automatisch auszuschalten, sobald
die Temperatur eines Lagers das gewünschte Maß überschreitet. Die Führungsrollen
oder auf Wunsch besondere Rollen müssen gegebenenfalls auftretende Axialkräfte aufnehmen
können. Sehr große Axialkräfte können durch eine Art von Schraubenwirkung verursacht
werden, welche durch eine leicht gekreuzte Lage der Walzen entsteht, wenn also die
Walzen nicht genau parallel liegen. Auch hierfür gibt die Temperaturüberwachung
eine zweckmäßige Kontrolle.
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Da der -Walzendruck jeweils nur zwei der vier Führungsrollen belastet,
wodurch diese unter Druck mitrollen, so könnte es sein, daß bei den zwei anderen
Rollen bei geringerem Druck und größerer innerer Reibung der Wälzlager flache Stellen
an den Führungsrollen entstehen, was selbstverständlich unerwünscht ist. Erfindungsgemäß
können daher diese Rollen elastisch gegen die Walzen gedrückt werden, was z. B.
durch eine Feder oder eine elastische Zwischenlage geschehen kann. Ein kleinster
Anpreßdruck ist auf diese Weise gewährleistet. Es ist auch nicht ausgeschlossen,
daß unter Umständen der Walzendruck von einer Führungsrolle auf die gegenübergelegene
wechselt. Da bekanntlich die Walzen ihre richtige Lage beibehalten müssen, so kann
eine Begrenzung für die elastische Anpressung vorgesehen werden, und zwar am besten
nach beiden Seiten. Die richtige Einstellung ist dann unter allen Umständen gewährleistet
und leicht nachkontrollierbar.
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Fig. 2, 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele für die Führungsrollen
18, i9 und 2o, wobei je eine Rolle 18 und eine Rolle i9, einander gegenüberliegend,
am Walzenumfang gedacht sind.
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Führungsrolle 18 (Fig. 2 und 3) besteht aus einer Welle 2i, auf der
zwei Kegelrollenlager 22 und 23 angebracht sind, die auf der anderen Seite im Gehäuse
24, das sowohl den seitlichen als auch den axialen Druck aufnehmen soll, gelagert
sind. Die Welle 21 ist drehbar im Kalandergestell 25 angebracht und so ausgebildet,
daß das Wellenende 26 exzentrisch zum Gehäuse 24 liegt. Durch Drehung des Griffes
27, welcher mit Führungskeilen 28 verschiebbar über dem Wellenende 26 angebracht
ist, läßt sich durch diese Exzentrizität die Führungsrolle 18 und damit die Walze
seitlich einstellen. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Gestells 25
und des Griffes 27 können fein geriffelt sein, wodurch es möglich ist, durch Anziehen
der Mutter 29 die Welle 21 in jeder Lage zu sichern, ohne daß die Einstellung zu
grobstufig wird. Der Zeiger 3o, der auf dem Griff befestigt ist, bewegt sich beim
Drehen über die Skala 31, wodurch die Einstellung erleichtert wird.
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Die Führungsrolle i9 ist nicht für seitlichen Druck bestimmt und hat
deshalb nur ein Wälzlager; die Welle, das Wellenende, der Griff und die Mutter sind
genau so ausgebildet wie für die Führungsrolle 18, nur fehlen im Ausführungsbeispiel
der Zeiger und die Skala, weil diese Führungsrolle im normalen Betrieb nicht den
Walzendruck aufnehmen soll. Die seitliche Einstellung wird mit der Führungsrolle
vorgenommen. Die elastische Anpressung übernimmt das Gummipolster 32. Der äußere
Ring 33 und das Gehäuse 34 sind so ausgebildet, daß eine beiderseitige Begrenzung
der elastischen Anpressung erfolgt. Aus der Form des Spaltes zwischen Ring 33 nud
Gehäuse 34 ist auch während des Betriebes ersichtlich, ob die Rolle richtig eingestellt
ist. Die Führungsrolle 20 ist für rein axialen Druck bestimmt.
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Bei zapfenlosen Walzen verlangt das Antriebsproblem neuartige Lösungen,
insbesondere wenn nicht eine der Endwalzen angetrieben wird. Bekanntlich ist die
vertikale Lage der antreibenden Walze mit der Anpressung, der Lüftung, der Abnutzung
und der Einstellung veränderlich. Eine Kreuzgelenkkupplung zwischen Antriebsmotor
und antreibender Walze oder eine gleichwertige Kupplung, z. B. eine Kurbelgelenkkupplung,
muß deshalb vorgesehen werden. Voraussetzung für eine befriedigende
Leistungsübertragung
ist, daß der Winkel, den das Zwischenglied mit beiden Wellen bildet, klein ist,
da sonst die Umfangsgeschwindigkeit ungleichmäßig wird. Diese Bedingung macht eine
sperrige Bauart bei großen vertikalen Verstellungen erforderlich. Das Problem ist
mit zapfenlosen Kalanderwalzen mustergültig und sehr platzsparend lösbar, da die
Zwischenwelle, die sehr lang sein kann, 'auch innerhalb der Walze die Leistung überträgt.
Findet die Leistungsübertragung in der Mitte der Walze statt, so werden auch zusätzliche
Lagerkräfte, wie diese beim Walzenzapfenantrieb auftreten, vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Das Ritzel des Antriebsmotors
treibt das Zahnrad 35 an, welches auf die Hohlwelle 36 aufgekeilt ist. Diese Hohlwelle
ist mittels der Wälzlager 37 und 38 im Kalandergestell 25 gelagert. An der
Innenseite hat die Hohlwelle 36 eine Verzahnung 39, die mit der Verzahnung 4o der
Zwischenwelle 4i zusammenwirkt und diese zugleich zentriert. Eine Abdich tungsmanschette
42 sorgt- für die Schmierstoffabdichtung, auch wenn die Zwischenwelle unter einem
Winkel steht. An dem anderen Ende der Zwischenwelle greift der zahnradartig ausgebildete
Kopf 43 in die Innenverzahnung 13 der Walze 9 ein. Auch hier dienen die Abdichtungsmanschetten
44 und 45 für die Schmierstoffabdichtung. Bei zweckmäßiger Ausbildung der Verzahnungen
39, 40,43 und 13 kann die Zwischenwelle 4t leicht schaukeln. Bei einer langen Zwischenwelle
ist sogar bei beträchtlichen Höhenlagenänderungen der Walze 9 der Winkel klein,
dabei ist die Kupplung völlig in den Kalander eingebaut und beansprucht keine Grundfläche.
Die Walzenumfangsgeschwindigkeit ist so gleichmäßig, daß alle Ansprüche erfüllt
werden können.
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Die verwandten Probleme der Anpressung der letzten Walze und der Aufnahme
des Anpreßdruckes durch die erste Walze erfordern bei zapfenlosen Walzen ebenfalls
besondere Lösungen.
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Bei der Verwendung von Walzen mit Zapfen für die erste und letzte
Walze werden diese Walzen sehr groß und schwer. Noch viel schwerwiegender ist jedoch
der Umstand, daß man die sehr schädlichen Walzendurchbiegungen nicht beseitigen
kann, die bekanntlich durch die Lagerung und das Eigengewicht der Walzen verursacht
werden, wobei auch die Übertragung des äußeren Anpreßdruckes auf die Walzenzapfen
eine wesentliche Rolle spielt. Mit der Durchbiegung in vertikaler Richtung geht
eine Durchbiegung der Walzen in horizontaler Richtung zusammen, da der große Anpreßdruck
von roo bis 3oo kg/cm Walzenbreite (Höchstwert etwa 400 kg/cm) die Neigung der Walzen,
dem Druck auszuweichen, begünstigt. Die schwänzelnde Zapfenbewegung der Walzenenden
weist schon auf diese horizontale Durchbiegung hin, da sonst eine geradlinge Zapfenbewegung
auftreten würde. Auch ist eine progressive Kumulierung der horizontalen Durchbiegung
der einzelnen Walzen in einem Walzenstapel nicht ausgeschlossen. In einem Walzenstoß
von parallel aufeinander gelagerten Walzen befinden sich die Walzen in labilem Gleichgewicht,
wobei die Walzen bestrebt sind (unter Umständen nur stellenweise), sich aus der
Reihe zu bewegen. Dies kann anfänglich mit sehr kleinen Kräften unterdrückt werden,
wird es aber versäumt, so genügen später auch große Kräfte nicht mehr. Jede Durchbiegung
muß deshalb möglichst vermieden werden. Die Schwierigkeiten beiia Kalandrieren breiter
Papierbahnen werden oft dem Papierzug zugeschrieben. Die Durchbiegung der Walzen
durch den Anpreßdruck und das Walzeneigengewicht sind aber wahrscheinlich die eigentliche
Ursache.
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Die Durchbiegung der Walzen, die abhängig vom Druck ist, steigt mit
der dritten Potenz der freien Walzenlänge und verringert sich mit der vierten Potenz
des Walzendurchmessers. Die Durchmesser lassen sich leider meistens nicht vergrößern,
hierfür sind konstruktive Rücksichten maßgebend. Es führt deshalb nur eine erfindungsgemäße
Aufteilung der Endwalzen in eine Reihe von beiderseitig gelagerten Rollen zum Ziel.
Die ungelagerte Länge wird durch richtige Unterteilung so weit verringert, bis die
Durchbiegung vernachlässigbar klein wird. Die Lösung des Problems der Durchbiegung
besteht also in der Aufnahme des ,Anpreßdruckes durch kurze Rollen, die über die
ganze Walzenlänge tragen. Der Änpreßdruck muß über dieselbe Walzenlänge möglichst
gleichmäßig verteilt sein. Balliges Schleifen der Endwalzen wird in diesem Fall
überflüssig.
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Bei einer Reihe von Rollen treten bei hohem Anpreßdruck auf die kleine
Auflagefläche hohe Kräfte auf. Auch bei völlig reibungslosem Mitlaufen der Rollen
auf den schwerbelasteten Walzenbahnen wechseln diese Bahnen mit unbelasteten Walzenbahnen
ab. Durch zweckmäßige Ausbildung der Rollenoberflächen und durch Wahl des am besten
geeigneten Materials können die Folgen der Ungleichheit der Belastung verringert
werden. Jedoch ist auch dann eine ungleichmäßige Abnutzung der Walzenoberflächen
nicht ausgeschlossen, und es können Rillen entstehen, die die Walzen für das Kalandrieren
unbrauchbar machen. Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, wenn man statt
einer einzigen Rollenreihe zwei Rollenreihen benutzt, wobei die Lager gegeneinander
versetzt sind. Die ganze. Walzenlänge kann auf diese Weise viel gleichmäßiger tragend
gemacht werden, und dies hat eine gleichmäßigere Beanspruchung der Walzenoberfläche
zur Folge. Ein anderer, ganz wesentlicher Vorteil ist auch, daß die Walze nicht
nur in vertikaler, sondern auch in horizontaler Richtung gelagert ist, wodurch ein
seitliches Ausbiegen der Endwalzen wirksam bekämpft wird und sogar flexible Walzen
kerzengerade bleiben, was z. B. von Vorteil ist, wenn Papierwalzen als Endwalzen
verwendet werden.
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Bei vielen Kalandern wird statt z. B. der dritten oder fünften die
erste Walze angetrieben. Zum Antrieb der ersten Walze können die Rollenreihen, die
den Druck aufnehmen, zweckmäßig zum Antrieb der Kalanderwalzen herangezogen werden.
Die
beste Lösung besteht wahrscheinlich darin, jede Rollenreihe
für sich oder beide gemeinsam von einem Antriebsmotor antreiben zu lassen, damit
die Walzenoberfläche der ersten Walze möglichst geschont wird. Sollte die Gefahr
der Rillenbildung überschätzt sein, so würde es auch genügen, nur eine der zwei
Rollenreihen anzutreiben und die andere leer mitlaufen zu lassen.
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Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Antrieb.
Der Motor 45 treibt mit Ritzet 47 das Zahnrad 48 an, das die Rollenreihe 49, 50.
5 1 dreht, die in den Lagern 52, 53, 54 und 55 gelagert ist. Die Schrauben
56 halten die Lagerdeckel 57, welche die Lager umschließen. Der Motor 58 treibt
mit Ritzel 59 das Zahnrad 6o an, das wiederum die andere Rollenreihe 61 antreibt.
Diese Rollenreihe ist in den Lagern 62, 63, 64 und 65 gelagert. Beide Rollenreihen
treiben den Walzenstoß an, der das Papier kalandriert.
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Da die Rollenreihen, die den Anpreßdruck übertragen, statt fest gelagert
zu sein, vertikal beweglich angebracht werden müssen, um der Papierdicke und der
Zusammendrückung des Walzenstoßes Rechnung zu tragen, ist die Ausbildung der kompletten
Anpreßvorrichtung komplizierter als die Ausbildung der Antriebsvorrichtung. Auch
muß es möglich sein, auf eine Seite der Papierbahn einen größeren Druck auszuüben
als auf 'die andere, dies z. B., wenn eine Seite der Papierbahn feuchter ist als
die andere oder wenn die Papierdicke nicht gleichmäßig ist. Es werden darum in sonst
bekannter Weise zwei Anpreßvorrichtungen vorgesehen, die unabhängig voneinander
eingestellt werden können und die jede an einem der beiden @`'alzenenden angreifen.
Auch hierbei ist natürlich zu berücksichtigen, daß durch die richtige Druck verteilung
Durchbiegungen der Endwalzen vermieden werden.
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Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anpreßvorrichtung.
Der Druckzylinder 66 ist um den Bolzen 67 drehbar, der in der Konsole 68 gelagert
ist. Diese Konsole ist am Kalandergestell 25 befestigt. Der Kolben 69 wird von der
Druckflüssigkeit mit dem gewünschten Druck nach oben gepreßt und hebt mit der Kolbenstange
70 durch den Bolzen 71 das Hebelsystem 72 an, das die Druckvorrichtung 73 gegen
die linke Hälfte der untersten Walze preßt und unabhängig von der @,#'alzenlage
mit gleichbleibendem Druck angepreßt hält. An der anderen Seite des Kalandergestells
25 ist eine gleiche Anpreßvorrichtung eingebaut, die durch die Druckvorrichtung
76 gegen die rechte Hälfte der untersten Walze gepreßt wird. Man hat die Möglichkeit,
beide Druckvorrichtungen mit gleichem Druck oder die eine Druckvorrichtung mit größerem
Druck als die andere gegen die unterste Walze anzupressen. Man kann deshalb jede
gewünschte Druckverteilung erzeugen. Die Druckvorrichtungen 73 und 74 bestehen aus
einem Gestell 75, an dem die Lager 76 angebracht sind. Die Rollen 77 und 78 sind
mittels einer Welle und einem Pendelrollenlager allseitig drehbar in den Lagern
76 des Gestells gelagert, so daß sich die Rollen selbsttätig einstellen und der
Walzenoberfläche anschmiegen können.
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Die bekannte Bauart des Papierkalanders ist so, daß entweder die unterste
oder die dritte oder die fünfte Walze von unten angetrieben und der Anpreßdruck
auf die oberste Walze ausgeübt wird. Andere Bauarten haben sich nicht durchsetzen
können. Da die Gewichtsbelastung praktische Grenzen hat und deshalb möglichst das
zwangläufig große Eigengewicht der Walzen unterstützen soll, hat sich diese Bauart
als die zweckmäßigste erwiesen.
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Für Kalander mit zapfenlosen Walzen und Führungsrollen ist das Walzengewicht
wesentlich geringer, und da die hydraulische oder pneumatische Anpressung weniger
Nachteile als die Gewichtsbelastung hat und auch höhere Drücke gestattet, so ist
es aus konstruktiven Gesichtspunkten ziemlich gleichgültig, ob eine der obersten
oder untersten Walzen angetrieben wird und ob die Flüssigkeitsanpressung und das
Walzengewicht einander unterstützen oder nicht. Die Walzen können also von oben
oder von unten angepreßt werden.
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Mit anderen Worten, die Anpressung und das Walzenstoßgewicht brauchen
sich nicht länger zu addieren. Ein weiterer Grund hierfür ist, daß der Antrieb jetzt
viel besser mit dem Kalander verschmolzen werden kann, als dies früher möglich war.
Die bekannte Bauart war derart, daß für den schweren und sperrigen Antrieb mit Motor,
Kupplung, Getriebe und Kreuzgelenkkupplung nur die Kalandersaalflur in Frage kam.
Die Beschreibung hat gezeigt, daß für Kalander mit zapfenlosen Walzen und Führungsrollen
ein leichter und platzsparender Antrieb möglich ist, der unten, oben, an oder auf
dem Kalandergestell angebracht werden kann.
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Die viel freiere Zusammenstellung der verschiedenen Bausteine eines
Kalanders ergibt jetzt neue praktische Möglichkeiten für Kalander mit zapfenlosen
Walzen, woraus neuartige Bauformen hervorgehen können. Ein Ausführungsbeispiel zeigt
Fig. 5 und 6. Hier ist die Anpreßvorrichtung unten angebracht. und es wird die oberste
Walze angetrieben.
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Diese Anordnung hat ge-,visse Vorteile, da die für den kompletten
Kalander benötigte Grundfläche klein ist und die Anpreßvorrichtung in einem Raum
untergebracht werden kann, der für andere Zwecke nicht gut benutzbar ist, und da
auf diese Weise die immer als unangenehm empfundene große Bauhöhe des Kalanders
verringert wird.
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Ein weiterer Vorteil dieser Bauform besteht darin, daß durch Wegnahme
des Anpreßdruckes eine selbsttätige Lüftung der Kalanderwalzen erfolgt, da sich
die Walzen erfindungsgemäß an besonders dafür angebrachten Stiften im Kalandergestell
aufhängen. Ist der Kalander im Betrieb, so rotieren die Walzen, ohne die Aufhängestifte
zu berühren. Eine Lüftung bei Stillstand ist erfahrungsgemäß nötig, damit die Stahlwalzen
sich nicht in die Papierwalzen eindrücken und den Anlauf erschweren. Auch ist die
Lebensdauer der
Papierwalzen bei Lüftung größer. Zu erwähnen ist
noch, daß sich bei zapfenlosen Walzen die Stahlwalzen durch das geringere Eigengewicht
weniger in die elastischen Walzen eindrücken und es deshalb nicht ausgeschlossen
ist, daß die Lüftung jeder Walze für sich oder eines Teiles der Walzen nicht unbedingt
erforderlich ist.
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Fig. 2 und 3 zeigen einAusführungsbeispiel -einer solchen selbsttätigen
Aufhängung. Der Bolzen 79 ist in einer entsprechenden Ausbildung des Kalandergestells
25 mit Mutter 8o gesichert und vom Innern des Kalandergestells aus entfernbar. Der
herausstehende Teil der Bolzen greift in eine Aussparung 81 der Druckscheiben 17
der elastischen Walzen oder unter den Mantel io der Stahlwalzen ein.
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Auch das Herausnehmen oder Einlegen der Walzen im Kalandergestell
ist sehr einfach. Es brauchen nur die Aufhängebolzen herausgenommen und. die zwei
Führungsrollen an der Vor- und Hinterseite des Kalanders entfernt zu werden. Die
Walze kann dann herausgehoben oder eingeschoben werden. Vergleicht man diese Arbeit
mit der Arbeit, die benötigt wird, um eine Walze mit Zapfenlagerung aus dem Kalandergestell
zu nehmen oder in das Kalandergestell zu legen, so sind auch diese Vorteile von
Kalandern mit Führungsrollen klar ersichtlich.
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Es sei noch auf die Ausführung des obenerwähnten Kalanders laut Fig.
5 und 6 mit Anpressung von unten und Antrieb von oben etwas näher eingegangen. Die
Besonderheit ist, daß auf der Antriebswalze, die die größte Leistung überträgt,
der geringste Druck lastet und, während die von Walze zu Walze übertragene Leistung
sich verringert, der Anpreßdruck von Walze zu Walze zunimmt. Voraussichtlich wird
deshalb der Schlupf in den letzten Walzen geringer und in den ersten Walzen größer
sein als bei den bekannten Kalandern. Auch ist es möglich, daß dieser Umstand sich
günstig auf den Kraftverbrauch des Kalanders auswirkt. Aus diesen Gründen ist zu
erwarten, daß die Glättung gleichmäßiger und schneller ihren Fortgang nimmt als
bei den bekannten Kalandern und daß eine geringere Walzenzahl für die gleiche Glättung
ausreicht.
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Ein fein einstellbarer und konstant gehaltener Anpreßdruck ist die
Voraussetzung für einen schonenden Betrieb, damit z. B. beim Anfahren die Antriebsrollen
nicht gegenüber der ersten Walze schlüpfen. Flache Stellen auf der ersten Walze
können nicht zugelassen werden. Es ist deshalb zweckmäßig, eine Vorrichtung vorzusehen,
die das Einschalten des elektrischen Antriebs erst gestattet, wenn die Walzen unter
einem bestimmten einstellbaren Anpreßdruck stehen. Ein tadelloses Anfahren mit stoßlosem
Übergang von Hilfsgeschwindigkeit auf Kalandriergeschwindigkeit ist dann auch bei
mangelhafter Kalanderbedienung gewährleistet. Eine mechanische oder elektrische
Verriegelung zwischen der Bedienungsapparatur der Antriebs-und Anpreßvorrichtungen
kann diese auf einfache Weise erfindungsgemäß sicherstellen. Durch die geringen
Walzengewichte, die Anpressung von unten und den Antrieb von oben wird weiter die
Regelung des Schlupfes ermöglicht, was bei den bekannten Kalandern völlig ausgeschlossen
ist. Bei denselben sind die Walzengewichte so groß und auch die Anpressungs- und
Antriebsanordnung so getroffen, daß an eine Regelung des Schlupfes nicht zu denken
ist. Der Kalander ist somit ein Druckkalander im Gegensatz zum Reibungskalander,
bei dem die Walzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben werden. Bei
Reibungskalandern glättet der erzwungene- Schlupf das Papier auch praktisch ohne
Druck. Abhängig vom Anpreßdruck kann man mit der oben beschriebenen Neuanordnung
des Kalanders die Merkmale eines Druck- oder eines Reibungskalanders erhalten. Die
Voraussetzung für eine wirkliche Beherrschung des Schlupfes ist der fein einstellbare
Anpreßdruck, der mit geeigneten Flüssigkeitsanpreßvorrichtungen zu erreichen ist.
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Wie schon zum Ausdruck gebracht, haben die Walzen mit Zapfen und die
zugehörigen Lager die Bauart des Kalanders wesentlich beeinflußt; das einseitig
offene Gestell war zwangläufig bedingt. Die zapfenlosen Walzen mit ihren Führungsrollen
und besonderen Antriebs- und Anpreßvorrichtungen schaffen ganz andere Gestaltungsmöglichkeiten
für das Gestell. An erster Stelle ist erwünscht, das Gestell leicht und kräftig
zu machen und zweitens alle Teile, die nicht direkt sichtbar sein müssen, im Gestell
unterzubringen. Das kastenförmige Gestell hat sich z. B. bei Werkzeugmaschinen als
besonders geeignet erwiesen. Der bekannte Kalander. wirkt mit seinen vielen sichtbaren
Teilen sehr unruhig, auch ist die Möglichkeit der Beschädigung der herausragenden
Teile zu groß. Es soll deshalb nur sichtbar sein, was beim Kalandrieren unbedingt
gesehen werden muß, wie die Walzen und die Bedienungstafel.
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Fig. q., 5 und 6 zeigen die gedrungene Bauart, die nur die neue Antriebsart
ermöglicht, und zwar sowohl bei der Benutzung von Antriebsrollen und für die Endwalzen
als auch bei dem Zwischenwellenantrieb der mittleren Walzen. Erfindungsgemäß kann
die Antriebsübersetzung in einem der zwei. Ständerhohlräume des Kalandergestells
untergebracht werden oder, falls man zwei Antriebsübersetzungen hat, in beiden Hohlräumen.
Auch die Zahnradübersetzung wird kleiner, wenn durch den kleineren Durchmesser der
Antriebsrollen oder der Antriebswalzen die Drehzahl für die gleiche Papiergeschwindigkeit
steigt. Man kann sogar noch einen Schritt weitergehen und statt eines Antriebsmotors
mit Kupplung einen Flanschmotor verwenden. Eine Kupplung erübrigt sich in diesem
Fall, der Motor treibt ohne Zwischenglied das Ritzel an. Die bisher benutzte sperrige
Antriebsbauart fällt fort, und es wird nur ein Teil des früheren Platzbedarfes benötigt.
Treibt man eine der oberen Walzen an, so kann man sogar unter den Antriebsmotoren
hindurchgehen.
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Fig. 6 zeigt diese Ausführung. In den zwei ver= tikalen Ständerhohlräumen
82 und 83 sind die
gesondert abgeschlossenen, öldichten Ständerteile,
die Getriebegehäuse 84 und 85 usw. untergebracht, in denen sich die Antriebsfbersetzungen
befinden. Die Anbaumotoren .46 und 58 werden an diese Getriebegehäuse angeflanscht.
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Das offene Gestell des Kalanders, im Sprachgebrauch bezeichnenderweise
die Stuhlung genannt, macht es nicht oder nur schwer möglich, die Bedienungstafel
in oder am Kalandergestell unterzubringen. Oft wurde ein besonderes Pult verwendet,
oder es wurde überhaupt auf das Anbringen der Kontrollapparatur mit Ausnahme einiger
Reihen von Bedienungsdruckknöpfen verzichtet. Nun muß jedoch, um ein Kalandrieren
mit meßbaren Unterlagen, die erst ein genaues Wiederholen ermöglichen, die Bedienungstafel
im Kalandergestell untergebracht werden, damit die Kalanderbedienung mit einem Blick
alle benötigten Meß-und Regelapparate übersehen und gleichzeitig die verlangten
Maßnahmen treffen kann. Die beste Stelle hierfür ist eine der Außenseiten des breitesten
Ständers. In Sonderfällen können mehrere Seiten oder sogar beide Ständer benutzt
werden.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform einer solchen Bedienungstafel
86, die im Ständer 83 des Kalandergestells 25 untergebracht ist. Auf oder in den
Tafeln sind die Meßinstrumente 87, die Einstellhandräder 88, die Druckknöpfe
89 und die Lagerüberwachungsvorrichtung go angebracht, und es können, wenn
gewünscht, noch weitere Apparate vorgesehen werden. Die Innenseite der Bedienungstafel
liegt im Ständer, und die zufällige Berührung unter Spannung stehender Teile ist
also ausgeschlossen.
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Das Kalandergestell setzt sich zusammen aus zwei vertikalen kastenförmigen
Ständern und zwei horizontalen Verbindungsstücken, welche zusammen einen Rahmen
bilden. Da das Kalandergestell,wie schon erläutert, kastenförmig ist, so können
die Hohlräume sehr zweckmäßig zur Unterbringung von Apparaten und Maschinen benutzt
werden.
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Es können deshalb nicht nur die Griffe für die Führungsrollen mit
ihrer Verriegelung, die Aufhängebolzen und die Antriebsübersetzungsgehäuse, sondern
, auch die Bedienungstafel im Kalandergestell untergebracht werden. Es können auch
erfindungsgemäß alle hierfür in Frage kommenden Apparate in den Hohlräumen untergebracht
werden. So können z. B. die vollständige Druckerzeugungsvorrichtung mit Antriebsmotor,
Druckpumpe, Druckregler, Druckbehälter, Anpreßzylinder und der Teil der Schaltapparatur
für den vollständigen Kalanderantrieb mit Auf- und Abrollvorrichtungen, die nicht
zweckmäßiger beim Trafo und Gleichrichter aufgestellt werden, in den Hohlräumen
untergebracht werden. Auch ist es z. B. möglich, den Motorgenerator für das Feld
der Antriebsmotoren und alles, was sonst nützlich sein mag, wie die Heiz- oder Kühlvorrichtung
für die Walzen, in diesen Hohlräumen aufzustellen. Es ist jedoch zu beachten, daß
die Bedienung der Führungsrollengriffe und der Aufhängebolzen bequem möglich bleiben
muß. Fig. 5 und 6 zeigen einen Kalander nach diesen Gesichtspunkten. Das Kalandergestell
25 ist rahmenförmig ausgebildet; es sind nur die Walzen sichtbar. Die Führungsrollen
sind von schwenkbaren Leisten gi abgedeckt, so daß die Führungsrollen leicht zu
kontrollieren, aber auch berührungssicher und zugleich staub- und verschmutzungsfrei
angebracht sind. Da die Rollen schmal sind, ist der Teil der Walzen, der für das
Kalandrieren des Papiers zur Verfügung steht, verhältnismäßig groß. Die Walzen und
Rollenoberflächen können nach einem der vielen bekannten Verfahren saubergehalten
werden, z. B. durch Schaber, Bürsten, Preßluft, Luftüberdruck. Die Antriebs- und
Anpreßrollen mit ihren Lagern werden möglichst verdeckt und geschützt in den horizontalen
Verbindungsstücken 92 und 93 angebracht. Die Hebel, die Drehpunkte, die Druckstücke
und Rollen der Anpreßvorrichtungen liegen in einem Raum, der für andere Zwecke wenig
geeignet ist, da dieser für das Kalandrieren zu niedrig ist. Die Verbindungsstücke
können kräftig, steif und verbiegungsfrei ausgebildet werden und formen mit den
Ständern82 und 83 den leichten vollständigen Rahmen des Kalandergestells 2@5. Der
rechte Ständer ist breit gehalten, damit nicht nur das Antriebsaggregat, sondern
auch die Schaltapparatur 94, die Bedienungstafel 86 mit ihrer Apparatur und das
vollständige Druckerzeugungsaggregat 95 mit dem rechten Anpreßzylinder usw. darin
untergebracht werden können. Der linke Ständer enthält außer dem Antriebsaggregat
und dem Druckzylinder 66 auch den Motorgenerator 96 für das Antriebsmotorfeld
USW.
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Durch öffnen der Verschlüsse der Luken und Türen in den Ständern des
Gestells ist zu jeder Zeit eine einfache Fachstellung der verschiedenen Geräte möglich,
und der Kalander behält mit seinem rahmenförmigen Gestell, in dem nur die zum Kalandrieren
des Papiers nötigen Walzenteile sichtbar sind, ein ruhiges Aussehen.