EP0609544A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn - Google Patents

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EP0609544A1
EP0609544A1 EP93120500A EP93120500A EP0609544A1 EP 0609544 A1 EP0609544 A1 EP 0609544A1 EP 93120500 A EP93120500 A EP 93120500A EP 93120500 A EP93120500 A EP 93120500A EP 0609544 A1 EP0609544 A1 EP 0609544A1
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EP
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steam
material web
web
nip
gloss
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EP93120500A
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EP0609544B2 (de
EP0609544B1 (de
Inventor
Stefan H. Winheim
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VIB Apparatebau GmbH
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VIB Apparatebau GmbH
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/008Steam showers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21GCALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/0073Accessories for calenders
    • D21G1/0093Web conditioning devices

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the gloss and / or smoothness of a material web, in particular a paper web, in which a material web moistened with the aid of steam is guided through a nip and pressurized there, and a device for increasing the gloss and / or Smoothness of a material web with a pair of rollers forming a nip and a steam dispensing device arranged in front of the nip in the running direction of the web.
  • Gloss and smoothness are characteristics of a material web that influence not only its appearance but also its further processability. For certain applications, high gloss and or smoothness values are desired, which should also be reproducible as evenly as possible.
  • the object of the invention is therefore to simplify the increase in gloss and / or smoothness.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned in that the steam on the Material web is condensed and the material web is guided through the nip before the increase in moisture caused by the steam application of the surface has dropped below a predetermined value.
  • the web more precisely its surface, has already been treated in the nip.
  • the steam is thus only applied immediately before the material web enters the nip.
  • the surface of the web is still at a relatively high temperature and has a relatively high humidity, so that the increase in gloss and / or smoothness is carried out even at low pressures and low temperatures in the nip.
  • the web does not absorb any appreciable amount of moisture, so that expensive post-treatments are not necessary.
  • the one for forming The energy required for the surface is kept in the area that is to be reshaped, i.e. smoothed. The remaining parts of the track are not affected or only to a small extent.
  • the predetermined value is preferably in the range from 12% to 25%, in particular in the range from 16% to 25%. So a relatively large amount of moisture is added to the surface. However, since this supply is limited to the surface and a thin layer underneath, the deformation does not result in any noteworthy loss of volume and also does not result in a large general increase in moisture in the web.
  • the material web is guided into the nip before the temperature in the middle third of the thickness of the web has reached 1 / e times the surface temperature. This allows a sufficient distance between the steam applied to the web and the nip, which for design reasons cannot be reduced to zero.
  • the difference between the middle and the outer third of the web is still so great in terms of temperature that the deformation is limited to the outer third, insofar as the temperature has an influence here.
  • the influence of moisture is limited to even thinner surface areas because the temperature penetrates faster than the moisture.
  • the steam is advantageously kept free of water drops until it hits the material web.
  • care is taken to ensure that the steam itself does not contain any water drops.
  • water droplets are not allowed to form in the steam. This can be achieved, for example, by heating the steam to the end immediately before it hits the material web. To this This ensures that the entire heat contained in the steam can be transferred to the surface of the material web in the condensation in order to lead to the desired temperature increase which is associated with the increase in moisture on the surface. Before the steam hits the web, there is no fog, so that the ambient atmosphere is not so strongly enriched with moisture.
  • the steam is first distributed in a distribution space to an outlet surface having a predetermined extent in the running direction of the material web and then moved at a high speed in a predetermined range in the direction of the material web.
  • the amount of steam that is condensed on the material web can be controlled via the speed. Among other things, this speed also depends on the speed of the material web. It is generally 15 m / s or more. Because the steam is first distributed in a distribution space, there is the advantage that the loading of the material web can take place relatively evenly across the width. The speed of the steam can be controlled via the pressure in the distribution room.
  • gloss and / or smoothness and / or a corresponding parameter of the material web behind the roller gap is determined and the steam output is set as a function of a difference between the determined actual value and a predetermined target value.
  • the gloss and / or smoothness is thus generated in a closed control loop, in which the steam emission is used as an actuator. If necessary, additional heating of one or both of the rolls forming the nip can also take place.
  • Steam is preferably applied in the cross-web direction in several zones, with the steam delivery being adjustable separately in each zone. This means that differences in gloss and smoothness are not only possible in the longitudinal direction, i.e. in the running direction of the material web, but also in the transverse direction of the web, if this should be necessary.
  • An equalization in the longitudinal direction is then z. B. caused by controlling the total amount of vapor dispensed.
  • the control in the transverse direction is effected by the zone-wise setting of the steam delivery quantity.
  • the supply of steam is essentially limited to an amount per time that can condense on the material web.
  • the steam supplied is therefore essentially completely consumed, so that practically no steam can escape and can lead to an increase in the moisture in the ambient atmosphere.
  • the temperature of at least one of the rollers forming the nip is additionally set for fine adjustment of gloss and / or smoothness.
  • the desired gloss and / or smoothness values can be set with high accuracy by combining the steam application, which is also associated with a temperature increase of the web, with a temperature control of the roller.
  • the surface of the roller is heated. If the heating is limited to the surface of the roller, relatively fast reaction times can be achieved. In addition, the energy consumption is kept low.
  • the temperature setting is advantageously carried out in a control loop which is subordinate to a control loop which controls the steam delivery.
  • the temperature control loop is therefore underlaid with the steam delivery control loop.
  • the steam delivery control loop has the higher priority, so that the coarse adjustment can be carried out much faster than the fine adjustment.
  • the steam delivery device has a steam blow chamber, which is completely enclosed by a free housing wall with a number of steam outlet openings and further chamber walls, and a steam valve for the inlet of steam into the steam blow chamber, at least a wall of the steam chamber, in particular the free housing wall, is heated.
  • Such a steam blow box itself is known from the unpublished German patent application P 41 25 062.
  • the use of such a steam delivery device in connection with the increase in gloss and smoothness of the material web has the advantage that it is possible to apply a practically water-drop-free steam to the material web. Any condensation of the steam in the steam blowing chamber is avoided because the steam blowing chamber is heated. A state is thus maintained in the interior of the steam blowing chamber in which the steam can only be present in the gaseous state.
  • the heating of the steam-blowing chamber also has the advantage that restarting the device after interruptions in operation, as can occur, for example, when changing the rollers, is made easier.
  • the free housing wall and the material web advantageously enclose an evaporation chamber, which is largely closed off laterally by housing parts of the steam delivery device. This ensures on the one hand that the steam emitted from the steam delivery device cannot escape freely into the environment. Rather, it remains in the vaporization room, where it can be removed from the material web.
  • the vaporization chamber is also also heated, particularly when the free housing wall is heated, so that the steam is kept at the necessary temperature until the very end. The steam can thus cause the necessary temperature increase of the surface of the material web during the condensation on the material web.
  • a heating device operated with steam is advantageously provided for heating, the steam valve and the heating device being connected to the same steam supply connection.
  • the heating device therefore works at a temperature which essentially corresponds to the steam temperature.
  • the steam blowing chamber and also the steaming chamber are thus kept at a temperature which corresponds to the temperature of the steam to be fed onto the material web.
  • adapted heating is achieved with relatively simple means.
  • the steam to be dispensed always finds an environment that essentially corresponds to its temperature. This avoids possible negative phenomena that could occur due to temperature changes to which the steam is exposed.
  • the heating device and the steam valve are preferably arranged in series.
  • the steam therefore first heats the steam blowing chamber with the aid of the heating device before it enters the steam blowing chamber which it has itself heated.
  • the heating device is therefore always at a somewhat higher temperature than the steam entering the steam-blowing chamber. It is thus able to transfer energy back to the steam in order to reliably prevent the formation of water droplets in the steam blowing chamber.
  • this measure also allows the temperature of the steam to be lowered to such an extent that the steam can condense on the material web to the desired extent. If the steam is too hot, there is also heat transfer from the steam to the surface of the material web. However, the heat transfer is considerably better if the steam can condense on the surface of the material web. In this case, the desired moisture level is also simultaneously set on the surface.
  • the heating device has a steam drying section.
  • the steam drying section water droplets, which may possibly form during the transport of the steam from a steam generating device to the steam delivery device, are reliably separated out. Only dry steam is supplied to the steam valve, so that the risk of damage to the material web passing by is not only reduced, but practically eliminated by water droplets hitting it.
  • a front wall of the steam delivery device adjacent to a roller is inclined with respect to the free housing wall.
  • the entire steam delivery device is thus designed in a wedge shape at least in this area.
  • the steam delivery device can thus be brought very close to the nip, so that steam is applied immediately before the nip.
  • neither temperature nor moisture have had any practical opportunity to spread into the interior of the material web. Since only the surface or a thin layer below the surface has an elevated temperature and an increased moisture level, only this area is treated in the nip, ie smoothed or provided with a higher gloss.
  • the angle of inclination is advantageously between 35 ° and 55 °. On the one hand, this angular range allows the steam delivery device to bring the steam up to a very short distance in front of the nip. On the other hand, however, it allows a sufficient height that a steam blow chamber can be formed with a sufficient height for the steam to spread.
  • the steam-blowing chamber is advantageously divided transversely to the running direction of the material web into zones which have steam valves which can be controlled separately from one another.
  • the amount of steam that is applied to the material web can thus be controlled at least in sections transversely to the running direction of the material web. It is thus possible to influence gloss and / or smoothness at least in zones, even across the material web. A higher uniformity across the material web can be achieved here.
  • a gloss or smoothness measuring device is provided in the running direction of the material web behind the nip, which is connected to a control device which in turn controls the steam valves depending on the desired gloss or smoothness values.
  • the steam is applied in one closed loop. If the actual gloss or smoothness values drop below a specified target value, the steam valve of the corresponding zone is actuated in order to bring the values back to their specifications. If the actual value rises above the setpoint, the steam valve is influenced in the other direction.
  • the steam valves advantageously have outlet openings which are arranged at an angle to the free housing wall in such a way that no steam jet is directed directly onto the free housing wall. This achieves a relatively uniform spread of the steam that passes through the free housing wall. Partial increases in steam speed, as would result if a steam jet emerged from the valve directly through an outlet opening, are reliably avoided.
  • each steam jet emerging from the steam valves is directed at a chamber wall at an angle other than 90 °. It can also not happen that a steam jet is reflected in itself, which could lead to turbulence that no longer guarantee a uniform steam spreading from the outlet openings.
  • U-shaped profiles are attached to the free housing wall in the vaporization space between the steam outlet openings, the openings of which are covered by the free housing wall and form the channels as part of the heating device. These channels therefore run in the vapor deposition room. You are not only heating the free housing wall and the steam blowing chamber via this. They also heat the steaming room so that an environment is maintained until the end in which the steam retains its gaseous form. The condensation the steam actually only takes place directly on the material web.
  • the steam preferably has a temperature in the range from 102 ° C. to 110 ° C. Such a steam temperature ensures that the steam can fully condense on the material web and can bring about the desired increase in temperature and moisture on the surface.
  • the distance of the steam delivery device from the nip can advantageously be changed. With this measure it is possible, among other things, to control how deep the temperature and the moisture can penetrate into the material web before the material web enters the nip. In this way, too, a change in gloss and smoothness can be brought about, which can optionally also be included in the control loop.
  • a steam delivery device is preferably arranged on both sides of the material web in front of the nip. Steam is applied to the material web from both sides at the same time. This is particularly advantageous in the case of single calenders, in which only a single roll nip is provided.
  • a device 1 for increasing the smoothness and / or gloss of a material web has two rollers 2, 3, which form a nip 4 through which the material web 5 is guided.
  • this device 1 one side of the material web 5, here the top, is smoothed and / or provided with gloss.
  • a corresponding device 1 ' is provided for the underside of the material web 5.
  • the corresponding parts have the same reference numerals, which are deleted to distinguish them.
  • the device 1 'for the underside of the material web 5 is only discussed if there are deviations from the device 1.
  • One of the two rollers can be designed as a soft roller.
  • the rollers 2, 3 can form a so-called machine calender.
  • One or both rollers 2, 3 can be heated by a heating device 40. The heating can also be done from the inside.
  • a paper web is considered below as a material web.
  • other cellulose or cellulose-containing materials can also be used.
  • the paper web is unwound from a supply roll 6 and, after passing through the device 1, wound up on a take-up roll (not shown in more detail).
  • the paper web 5 can also be removed directly from a paper machine.
  • a steam delivery device 7 In front of the nip 4, a steam delivery device 7 is arranged, which is displaceable on a stand 8. It can be closer in or against the paper running direction 9 brought up to the nip 4 or further away from it.
  • the steam delivery device which will be described in connection with FIGS. 2 to 4, releases steam in the direction of the material web, which condenses there.
  • a measuring device 10 for determining actual gloss or smoothness values is provided in the paper running direction 9 behind the nip 4.
  • This measuring device 10 can extend over the entire width of the paper web 5. However, it is equally possible that it moves across the paper web 5 during the paper run and continuously determines gloss and / or smoothness over the entire paper web, if not simultaneously.
  • the measuring device 10 is expediently arranged behind the nip 4 'for the second material web side.
  • the measuring device 10 is connected to a controller 11, which in turn controls the steam dispensing device 7, specifically as a function of a difference between the measured values determined by the measuring device 10 and further setpoints supplied via a setpoint input 12.
  • the controller 11 can also control the heater 40. Separate controllers 11, 11 'are shown for the top and bottom. It is obvious that these controllers can also be combined.
  • the steam delivery device 7 for the top of the paper web 5 is above, the steam delivery device 7 'for the bottom of the paper web is arranged below the paper web 5, so that the paper web 5 is loaded with steam from both surfaces at different times and locations.
  • each steam delivery device 7, 7 ' is a roll nip 4, 4'. If only one side of the paper web 5 to be treated, only one steam delivery device 7 or 7 'is provided. Therefore, only one steam delivery device 7 is described in more detail below.
  • the other steam delivery device 7 ' corresponds to it in mirror image.
  • the steam delivery device 7 has a steam blowing chamber 13 which is delimited by a free housing wall 14 and further housing walls 15, 16, 17, 18, 19.
  • the free housing wall 14 has steam outlet openings 20 that have a diameter that is smaller than the thickness of the free housing wall. These openings 20 are therefore only shown as a line.
  • Each steam blowing chamber also has a steam valve 21.
  • the steam valve allows steam, which it receives via a supply channel 22, to enter the steam blowing chamber 13.
  • valve openings 23 are directed so that all steam jets 24 emerging from the steam valve are directed neither directly onto the free housing wall 14 nor at an angle of 90 ° to another housing wall. This avoids that steam jets 24 emerging from the steam valve 21 can pass directly through openings 20 in the free housing wall 14.
  • reflection of the steam jets on the other housing walls, which could lead to undesired turbulence of the steam in the steam blowing chamber 13, is also avoided.
  • the free housing wall 14 encloses an evaporation chamber 29 with the paper web 5 and further housing parts 25, 26, 27, 28. Of course there is a small gap between the paper web 5 and the further housing parts 25-28. The paper web 5 should not rub against the housing parts.
  • essentially U-shaped sheets 30 are applied to the free housing wall 14, whose opening is covered by the free housing wall 14.
  • the sheets 30 together with the free housing wall 14 form heating channels 31. If steam is passed through the heating channels 31, the free housing wall 14 and thus the steam blowing chamber 13 are heated. In addition, the steaming chamber 29 is also heated.
  • the outlet openings 20 in the free housing wall are arranged between the sheets 30.
  • the housing wall 15 is heated by the feed channel 22, in which there is also hot steam.
  • the housing wall 17 is heated by a steam channel 32.
  • This steam channel 32 is designed as a steam drying section. It is connected to a steam connection 33, via which steam is supplied from a steam generating device, not shown.
  • Side channels 34, 35 are provided on the two end faces of the steam delivery device, so that the steam delivery device 7 is also heated on its two end faces.
  • One side channel 35 has at its end, i.e. shortly before the mouth into the feed channel 22, a throttle 36. This throttle causes a pressure difference between the left side channel 35 and the right side channel 35.
  • Steam which is supplied via the steam connection 33, flows, as indicated by arrows, first through the steam channel 32, where it is dried, ie water droplets which may still be present in the steam are excreted here and can be removed via a condensate drain 37.
  • the steam then continues to flow through the right side channel 35 and due to the pressure difference generated by the throttle 36 between the left side channel 34 and the right side channel 35 through the channels 31 to the left side channel 34.
  • Another portion of the steam flows into the feed channel 32, from where it reaches the steam valves 21.
  • the steam blowing chamber 13 is not heated from all sides, but from many sides. A temperature in which the steam cannot condense can therefore be maintained in the steam blowing chamber 13 without difficulty even after business interruptions.
  • each steam blowing chamber 13 has its own steam valve 21.
  • Each steam valve 21 can be controlled separately by the controller 11. Gloss and / or smoothness can thus be set separately from one another in four areas transversely to the paper running direction 9.
  • the steam delivery device 7 has the shape of a wedge in cross section, ie the wall 15 or its corresponding outer wall 39 is beveled with respect to the free housing wall 14. It has an angle in the range between 35 ° and 55 °, in the present case it is approximately 45 °.
  • the steam can be applied to the paper web 5 only relatively late before the nip, so that although it condenses there, the temperature and humidity increase in the paper web 5 due to the condensation has not yet penetrated into the interior of the paper web and has become one Compensation has resulted when the paper web 5 is exposed to the pressure in the nip 4.
  • the device works as follows: The steam delivery device 7 is brought as close as possible to the nip 4, the distance being adjustable depending on the speed at which the paper web 5 passes through the nip 4.
  • the steam delivery device 7 is now heated using steam. If it is so hot that there is a temperature in the steam blowing chamber 13 which prevents the steam from condensing, that is to say a temperature in the range from 102 ° C. to 110 ° C., the operation can begin.
  • the paper web 5 is moved through the nip.
  • steam is supplied to the steam delivery device 7 via the steam connection 33.
  • the steam valves 21 open and allow steam to enter the steam blowing chamber 13, where it spreads and then flows through the openings 20 into the steaming chamber 29 at a relatively uniform pressure and above all at a uniform high speed of 15 m / s or more the paper web 5 to come into contact.
  • the steam valves 21 open and allow steam to enter the steam blowing chamber 13, where it spreads and then flows through the openings 20 into the steaming chamber 29 at a relatively uniform pressure and above all at a uniform high speed of 15 m / s or more the paper web 5 to come into contact.
  • the steam condenses, drastically increasing the temperature at the surface of the paper web 5. This state is shown on the right side of FIG. 5.
  • the surface will be approximately 90 ° C. hot after the condensation of the steam.
  • the condensed steam forms a moisture film 41, the strength of which is preferably in the region of a thousandth of a millimeter.
  • the condensation results in an almost sudden increase in temperature of the surface of the paper web 5, but this compensates for itself within a very short time via the thickness of the paper web 5, ie the paper web has a uniform temperature distribution in a few hundredths of a second. It takes a little longer to equalize the moisture.
  • the moisture 42 penetrates the paper web 5 more slowly than the temperature. Therefore has a surface area 43 of the paper web 5 a significantly higher relative humidity. The further the moisture penetrates into the interior 44 of the paper web 5, the more the relative humidity decreases.
  • the treatment takes place in the nip 4.
  • the web is at a relatively low pressure and low temperature in relation to the known solutions treated, namely the surface of the web, which still has the increased temperature and fencing, is smoothed or provided with increased gloss.
  • the areas 44 of the paper web 5 lying further inside are not significantly changed by the roller gap.
  • the controller 11 If the controller 11 now determines that the actual gloss or smoothness values determined by the measuring device 10 do not match the target values 12, it actuates the steam valves 21 until the difference between the actual values and the target values has dropped below a predetermined value. This can be carried out in zones, so that different gloss or smoothness values can be compensated for across the width of the paper web 5. At the same time, the controller 11 can control the temperature of the roll surface with the aid of the heating device 40 in an underlying or subordinate control loop in order to achieve a fine adjustment of the gloss and / or smoothness values.
  • the distance of the steam delivery device 7 from the nip 4 can also be changed, as is shown by dash-dotted lines in FIG. 1. This adjustment will usually be done manually. If necessary, however, the regulator 11 can also make this rough setting.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of a device 1 ', in which there is only one roll nip 4.
  • the rollers 2, 3 form a single smoothing unit.
  • the formation of the rollers 2, 3 as hard or soft rollers is determined by the circumstances.
  • a steam delivery device 7 or 7 ' is provided on both sides of the paper web in front of the nip. The steam is thus applied simultaneously on both sides of the paper web 5.
  • the gloss and / or smoothness values are determined by the two measuring devices 10, 10 'on both sides of the paper web 5 and passed on to the controller 11, which now has both steam delivery devices 7, 7'. controls.
  • rollers 2, 3 were not heated here. However, as shown in FIG. 1, it can still be provided.
  • a paper web 5 was used.
  • the method and the device are also suitable for other material webs which have cellulose fibers, for example cardboard or cardboard.
  • both a gloss and / or smoothness control of the material web in the machine direction i.e. in the running direction of the material web 5, as well as a control of these values in the transverse direction.
  • the control in the longitudinal direction can take place by controlling the amount of steam supplied to the steam delivery devices 7, 7 '.
  • the control in the transverse direction is carried out by zone-by-zone control of the amount of steam released, that is to say by setting the ratio of the amount of steam released in the individual zones.

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn angegeben, wobei eine Materialbahn (5) durch einen Walzenspalt geführt und dort mit Druck beaufschlagt wird. Hierzu ist vor dem Walzenspalt in Laufrichtung (9) der Materialbahn (5) eine Dampfabgabeeinrichtung (7) vorgesehen. Die Erhöhung von Glanz und/oder Glätte soll mit geringem Energieaufwand erfolgen. Hierzu wird der Dampf auf der Materialbahn kondensiert und die Materialbahn (5) durch den Walzenspalt geführt, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung entstandene Feuchteerhöhung der Oberfläche unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Die Dampfabgabeeinrichtung (7) weist hierzu eine Dampfblaskammer (13) auf, die von einer freien Gehäusewand (14) mit einer Anzahl von Dampfaustrittsöffnungen (20) und weiteren Kammerwänden (15-19) vollständig umschlossen ist, und ein Dampfventil (21) zum Einlaß von Dampf in die Dampfblaskammer (13) auf, wobei zumindest eine Wand der Dampfblaskammer (13), insbesondere die freie Gehäusewand (14) beheizt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, bei dem eine mit Hilfe von Dampf befeuchtete Materialbahn durch einen Walzenspalt geführt und dort mit Druck beaufschlagt wird, und eine Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn mit einem einen Walzenspalt bildenden Walzenpaar und einer in Laufrichtung der Bahn vor dem Walzenspalt angeordneten Dampfabgabeeinrichtung.
  • Glanz und Glätte sind Kenngrößen einer Materialbahn, die nicht nur ihr Aussehen, sondern auch ihre weitere Verarbeitbarkeit beeinflussen. Für bestimmte Anwendungen sind hohe Glanz- und oder Glättewerte erwünscht, die auch möglichst gleichmäßig reproduzierbar 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 Materialbahn hierbei insgesamt stark komprimiert wird und somit einen Volumenverlust erleidet. Außerdem kann die Materialbahn 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 erzielen. Allerdings ist eine derartige Vorgehensweise sehr energieaufwendig. Um Walzentemperaturen von 200°C zu erzielen, müssen laufend erhebliche Energiemengen zugeführt werden, da die Walzen durch die vorbeilaufende Materialbahn ständig gekühlt werden. Man hat weiterhin versucht, Glanz und Glätte durch die Feuchtigkeit der Materialbahn zu beeinflussen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die zugeführte Feuchtigkeit nach der Behandlung zumindest teilweise wieder entfernt werden muß, was weitere Verfahrensschritte nach sich zieht, die den zeitlichen und apparativen Aufwand bei der Materialbahnbehandlung erhöhen. Zur Beeinflussung der Feuchtigkeit sind Dampfblasrohre bekannt, die bei Superkalandern hinter der Umlenkung einer Papierbahn zwischen zwei Walzenspalten angeordnet sind (US 5 122 232). Der aus diesen Dampfblasrohren austretende Dampf kondensiert in der Umgebungsluft und schlägt sich als Nebel, d.h. in der Form feinster Wassertröpfchen, auf die Materialbahn nieder. Diese Vorgehensweise hat darüber hinaus den Nachteil, daß die gesamte Umgebung der Bahn einer sehr feuchten Atmosphäre ausgesetzt ist, die zur Korrosion von Metallteilen in der Glättvorrichtung führt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Glanz- und/oder Glätte-Erhöhung zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Dampf auf der Materialbahn kondensiert wird und die Materialbahn durch den Walzenspalt geführt wird, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung entstandene Feuchteerhöhung der Oberfläche unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist.
  • Damit erreicht man nicht nur eine Befeuchtung der Materialbahn. Man erzielt gleichzeitig eine Temperaturerhöhung. Die im Dampf enthaltene Wärme überträgt sich beim Kondensieren auf die Materialbahn, so daß man durch diese Maßnahme eine Materialbahn erhält, die an der Oberfläche die notwendige Temperatur und die notwendige Feuchte aufweist. Wird nun diese Materialbahn durch den Walzenspalt geführt, beeinflußt der Walzenspalt im wesentlichen nur die Oberfläche der Materialbahn, ohne Veränderungen in der Tiefe der Materialbahn, also in Dickenrichtung, in nennenswertem Maße zu verursachen. Das Volumen der Materialbahn 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 Feuchtigkeit in das Innere der Bahn eindringt. Bevor dieser Zustand eintritt, ist die Bahn, genauer gesagt ihre Oberfläche, aber bereits im Walzenspalt behandelt worden. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt also erst unmittelbar vor dem Eintritt der Materialbahn in den Walzenspalt. Man erreicht hiermit zwei Vorteile. Zum einen ist die Oberfläche der Bahn noch auf einer relativ hohen Temperatur 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 Feuchtigkeit auf, so daß aufwendige Nachbehandlungen entfallen. Die zum Umformen der Oberfläche benötigten Energien werden in dem Bereich gehalten, der umgeformt, also geglättet werden soll. Die übrigen Bahnteile werden nicht oder nur in einem geringen Maße beeinträchtigt.
  • Bevorzugterweise liegt der vorbestimmte Wert im Bereich von 12 % bis 25 %, insbesondere 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 darunter beschränkt, ergibt sich durch die Umformung kein nennenwerter Volumenverlust und auch keine große allgemeine Feuchtigkeitserhöhung der Bahn.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Materialbahn in den Walzenspalt geführt wird, bevor die Temperatur im mittleren Drittel der Dicke der Bahn das 1/e-fache der Oberflächentemperatur erreicht hat. Dies erlaubt einen ausreichenden Abstand der Dampfbeaufschlagung der Bahn vom Walzenspalt, der aus konstruktiven Gründen nicht auf Null abgesenkt 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, soweit die Temperatur hier einen Einfluß hat. Der Einfluß der Feuchtigkeit ist auf noch dünnere Oberflächenbereiche beschränkt, weil die Temperatur schneller als die Feuchtigkeit eindringt.
  • Vorteilhafterweise wird der Dampf bis zum Auftreffen auf die Materialbahn 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 Wassertropfen bilden. Dies läßt sich beispielsweise durch eine Beheizung des Dampfes bis zum Schluß unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Materialbahn erreichen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die gesamte im Dampf enthaltene Wärme bei der Kondensation auf die Oberfläche der Materialbahn 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 Umgebungsatmosphäre auch nicht so stark mit Feuchtigkeit anreichert.
  • Mit Vorteil wird der Dampf zunächst in einem Verteilraum auf eine in Laufrichtung der Materialbahn eine vorbestimmte Ausdehnung aufweisende Austrittsfläche verteilt und dann mit einer hohen Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Bereich in Richtung auf die Materialbahn bewegt. Über die Geschwindigkeit läßt sich die Dampfmenge steuern, die auf der Materialbahn kondensiert wird. Diese Geschwindigkeit ist unter anderem auch von der Geschwindigkeit der Materialbahn abhängig. Sie beträgt im allgemeinen 15 m/s oder mehr. Dadurch, daß der Dampf zunächst in einem Verteilraum verteilt wird, ergibt sich der Vorteil, daß die Beaufschlagung der Materialbahn über die Breite relativ gleichmäßig 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 Materialbahn hinter dem Walzenspalt ermittelt und die Dampfabgabe in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ermittelten Istwert und einem vorgegebenen Sollwert eingestellt wird. Die Glanz- und/oder Glätte-Erzeugung erfolgt also in einem geschlossenen Regelkreis, bei dem die Dampfabgabe als Stellglied verwendet wird. Gegebenenfalls kann zusätzlich auch noch eine weitere Beheizung 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. Damit lassen sich Glanz- und Glätteunterschiede nicht nur in Längsrichtung, d.h. in Laufrichtung der Materialbahn, sondern auch in Querrichtung der Bahn vergleichmäßigen, falls dies notwendig sein sollte. Eine Vergleichmäßigung 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 zugeführte Dampf wird also im wesentlichen vollständig verbraucht, so daß praktisch kein Dampf austreten und zu einer Erhöhung der Feuchtigkeit in der Umgebungsatmosphäre 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 eingeht, 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 einem Regelkreis, der einem Regelkreis, der die Dampfabgabe steuert, untergeordnet ist. Der Temperatur-Regelkreis ist also dem Dampfabgabe-Regelkreis unterlegt. In jedem Fall genießt der Dampfabgabe-Regelkreis 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 dadurch gelöst, daß die Dampfabgabeeinrichtung eine Dampfblaskammer, die von einer freien Gehäusewand mit einer Anzahl von Dampfaustrittsöffnungen und weiteren Kammerwänden vollständig umschlossen ist, und ein Dampfventil zum Einlaß von Dampf in die Dampfblaskammer aufweist, wobei zumindest eine Wand der Dampfblaskammer, insbesondere die freie Gehäusewand, beheizt ist.
  • Ein derartiger Dampfblaskasten an sich ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 41 25 062 bekannt. Der Einsatz einer derartigen Dampfabgabeeinrichtung im Zusammenhang mit der Erhöhung von Glanz und Glätte der Materialbahn hat den Vorteil, daß es hiermit möglich ist, einen praktisch wassertropfenfreien Dampf auf die Materialbahn aufzubringen. Ein etwaiges Auskondensieren des Dampfes in der Dampfblaskammer wird vermieden, weil die Dampfblaskammer beheizt ist. Es wird also im Inneren der Dampfblaskammer ein Zustand aufrechterhalten, in dem der Dampf nur in gasförmigem Zustand vorliegen kann. Die Beheizung der Dampfblaskammer hat darüber hinaus den Vorteil, daß ein Wiederanfahren der Vorrichtung nach Betriebsunterbrechungen, wie sie etwa bei einem Walzenwechel vorkommen können, erleichtert wird. Auch bei Betriebsunterbrechungen 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 wassertröpfchenfreier Dampf auf die Materialbahn geleitet und dort kondensiert werden kann.
  • Vorteilhafterweise schließen die freie Gehäusewand und die Materialbahn einen Bedampfungsraum ein, der seitlich durch Gehäuseteile der Dampfabgabeeinrichtung weitgehend abgeschlossen ist. Hiermit wird einerseits sichergestellt, daß der aus der Dampfabgabeeinrichtung ausgegebene Dampf nicht frei in die Umgebung entweichen kann. Er bleibt vielmehr im Bedampfungsraum, wo er von der Materialbahn abgenommen werden kann. Andererseits ist der Bedampfungsraum insbesondere dann, wenn die freie Gehäusewand beheizt ist, ebenfalls mitbeheizt, so daß der Dampf bis zuletzt auf der notwendigen Temperatur gehalten wird. Der Dampf kann damit bei der Kondensation auf der Materialbahn die notwendige Temperaturerhöhung der Oberfläche der Materialbahn bewirken.
  • Vorteilhafterweise ist zur Beheizung eine mit Dampf betriebene Heizeinrichtung vorgesehen, wobei das Dampfventil und die Heizeinrichtung mit dem gleichen Dampfzufuhranschluß verbunden sind. Die Heizeinrichtung arbeitet also mit einer Temperatur, die im wesentlichen der Dampftemperatur entspricht. Damit wird die Dampfblaskammer und auch der Bedampfungsraum auf eine Temperatur gehalten, die der Temperatur des auf die Materialbahn zu führenden Dampfes entspricht. Auf diese Weise wird mit relativ einfachen Mitteln eine angepaßte Heizung erreicht. Der auszugebende Dampf findet immer eine im wesentlichen seiner Temperatur entsprechende Umgebung vor. Mögliche negative Erscheinungen, die durch Temperatursprünge, denen sich der Dampf ausgesetzt sieht, auftreten könnten, werden hierdurch vermieden.
  • Bevorzugterweise sind die Heizeinrichtung und das Dampfventil in Reihe angeordnet. Der Dampf beheizt also zunächst mit Hilfe der Heizeinrichtung die Dampfblaskammer, bevor er in die von ihm selbst beheizte Dampfblaskammer eintritt. Die Heizeinrichtung hat damit 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 Dampfblaskammer zuverlässig zu verhindern. Darüber hinaus läßt sich mit dieser Maßnahme die Temperatur des Dampfes aber auch so weit absenken, daß der Dampf auf der Materialbahn im gewünschten Maß kondensieren kann. Ist der Dampf zu heiß, ergibt sich zwar auch eine Wärmeübertragung vom Dampf auf die Oberfläche der Materialbahn. Die Wärmeübertragung ist jedoch erheblich besser, wenn der Dampf auf der Oberfläche der Materialbahn kondensieren kann. In diesem Fall stellt sich zusätzlich gleichzeitig die gewünschte Feuchte auf der Oberfläche ein.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Heizeinrichtung einen Dampftrocknungsabschnitt aufweist. Im Dampftrocknungsabschnitt werden Wassertröpfchen, die sich beim Transport des Dampfes von einer Dampferzeugungseinrichtung zur Dampfabgabeeinrichtung möglicherweise bilden können, zuverlässig ausgeschieden. Dem Dampfventil wird also nur trockener Dampf zugeführt, so daß die Gefahr der Beschädigung der vorbeilaufenden Materialbahn durch auftreffende Wassertröpfchen nicht nur vermindert, sondern praktisch ausgeschaltet wird.
  • Vorteilhafterweise ist eine einer Walze benachbarte Vorderwand der Dampfabgabeeinrichtung mit Bezug zur freien Gehäusewand geneigt. Die gesamte Dampfabgabeeinrichtung 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 Materialbahn dann durch den Walzenspalt hindurchläuft, haben weder Temperatur noch Feuchtigkeit praktisch Gelegenheit gehabt, sich in das Innere der Materialbahn auszubreiten. 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 zwischen 35° und 55°. Dieser Winkelbereich erlaubt einerseits, daß die Dampfabgabeeinrichtung den Dampf bis zu einer sehr geringen Entfernung vor den Walzenspalt bringen kann. Andererseits läßt sie jedoch eine ausreichende Bauhöhe zu, daß eine Dampfblaskammer mit einer ausreichenden Höhe zur Ausbreitung des Dampfes ausgebildet werden kann.
  • Vorteilhafterweise ist die Dampfblaskammer quer zur Laufrichtung der Materialbahn in Zonen unterteilt, die getrennt voneinander steuerbare Dampfventile aufweisen. Die Dampfmenge, die auf die Materialbahn aufgetragen wird, läßt sich also quer zur Laufrichtung der Materialbahn zumindest abschnittsweise steuern. Damit ist eine Beeinflussung von Glanz und/oder Glätte zumindest zonenweise auch quer zur Materialbahn möglich. Es läßt sich hierbei eine höhere Gleichmäßigkeit quer zur Materialbahn erreichen.
  • Vorteilhafterweise ist hierbei in Laufrichtung der Materialbahn hinter dem Walzenspalt eine Glanz- bzw. Glätte-Meßeinrichtung vorgesehen, die mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, die wiederum die Dampfventile in Abhängigkeit von Glanz- bzw. Glätte-Sollwerten steuert. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt also in einem geschlossenen Regelkreis. Sinken die Glanz- bzw. Glätte-Istwerte unter einen vorgegebenen Sollwert, wird das Dampfventil der entsprechenden Zone betätigt, um die Werte wieder zu ihren Vorgaben zurückzubringen. Steigt der Istwert über den Sollwert an, erfolgt eine Beeinflussung des Dampfventils in die andere Richtung.
  • Vorteilhafterweise weisen die Dampfventile Austrittsöffnungen auf, die unter einem Winkel zur freien Gehäusewand so angeordnet sind, daß kein Dampfstrahl direkt auf die freie Gehäusewand gerichtet ist. Hiermit erreicht man eine relativ gleichmäßige Ausbreitung des Dampfes, der durch die freie Gehäusewand hindurchtritt. Partielle Dampfgeschwindigkeitserhöhungen, wie sie sich ergeben würden, wenn ein Dampfstrahl vom Ventil direkt durch eine Austrittsöffnung austräte, werden zuverlässig vermieden.
  • Vorteilhafterweise ist hierbei jeder aus den Dampfventilen 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 Dampfaustrittsöffnungen U-förmige Profile angebracht, deren Öffnungen von der freien Gehäusewand abgedeckt sind und die Kanäle als Teil der Heizeinrichtung bilden. Diese Kanäle verlaufen also im Bedampfungsraum. Sie beheizen damit nicht nur die freie Gehäusewand und über diese die Dampfblaskammer. Sie beheizen auch den Bedampfungsraum, so daß bis zuletzt eine Umgebung aufrechterhalten wird, in der der Dampf seine gasförmige Form behält. Die Kondensation des Dampfes erfolgt also tatsächlich erst unmittelbar auf der Materialbahn.
  • Bevorzugterweise weist der Dampf eine Temperatur im Bereich von 102°C bis 110°C auf. Eine derartige Dampftemperatur gewährleistet, daß der Dampf vollständig auf der Materialbahn kondensieren und dort die gewünschte Temperatur- und Feuchteerhöhung der Oberfläche bewirken kann.
  • Vorteilhafterweise ist die Entfernung der Dampfabgabeeinrichtung vom Walzenspalt veränderbar. Mit dieser Maßnahme läßt sich unter anderem steuern, wie tief die Temperatur und die Feuchtigkeit in die Materialbahn eindringen können, bevor die Materialbahn in den Walzenspalt eintritt. Auch auf diese Weise läßt sich eine Veränderung von Glanz und Glätte bewirken, die gegebenenfalls auch in den Regelkreis einbezogen werden kann.
  • Bevorzugterweise ist je eine Dampfabgabeeinrichtung auf beiden Seiten der Materialbahn vor dem Walzenspalt angeordnet. Die Materialbahn wird hier von beiden Seiten her gleichzeitig mit Dampf beaufschlagt. Dies ist insbesondere bei Einfach-Glättwerken von Vorteil, bei denen nur ein einziger Walzenspalt vorgesehen ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
  • Fig. 1
    eine schematische Ansicht einer Vorrichtung,
    Fig. 2
    einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, teilweise im Schnitt,
    Fig. 3
    eine Frontansicht einer Dampfabgabeeinrichtung,
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf die Dampfabgabeeinrichtung,
    Fig. 5
    einen schematischen Querschnitt durch eine Materialbahn und
    Fig. 6
    eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung.
  • Eine Vorrichtung 1 zum Erhöhen von Glätte und/oder Glanz einer Materialbahn weist zwei Walzen 2, 3 auf, die einen Walzenspalt 4 bilden, durch den die Materialbahn 5 geführt ist. In dieser Vorrichtung 1 wird eine Seite der Materialbahn 5, hier die Oberseite, geglättet und/oder mit Glanz versehen. Für die Unterseite der Materialbahn 5 ist eine entsprechende Vorrichtung 1' vorgesehen. Die entsprechenden Teile weisen die gleichen Bezugszeichen auf, die zur Unterscheidung gestrichen sind. Die Vorrichtung 1' für die Unterseite der Materialbahn 5 wird nur besprochen, wenn sich Abweichungen zur Vorrichtung 1 ergeben. Von den beiden Walzen kann eine als weiche Walze ausgebildet sein. Die Walzen 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. Zum Zweck der Erläuterung wird als Materialbahn im folgenden eine Papierbahn betrachtet. Es können jedoch u.a. auch andere zellstoff- oder zellulosehaltige Materialien verwendet werden. Die Papierbahn wird von einer Vorratsrolle 6 abgewickelt und nach dem Durchlaufen der Vorrichtung 1 auf einer nicht näher dargestellten Aufnahmerolle aufgewickelt. Die Papierbahn 5 kann jedoch auch direkt aus einer Papiermaschine abgenommen werden.
  • Vor dem Walzenspalt 4 ist eine Dampfabgabeeinrichtung 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 beschrieben 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 de 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 Meßvorrichtung 10 hinter dem Walzenspalt 4' für die zweite Materialbahnseite angeordnet.
  • Die Meßvorrichtung 10 ist mit einem Regler 11 verbunden, 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 zusammengefaßt 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 angedordnet, so daß die die Papierbahn 5 von beiden Oberflächen her zeitlich und räumlich versetzt mit Dampf beaufschlagt wird. Hinter jeder Dampfabgabeeinrichtung 7, 7' folgt auf jeden Fall zunächst ein Walzenpsalt 4, 4'. Wenn nur eine Seite der Papierbahn 5 behandelt werden soll, wird nur eine Dampfabgabeeinrichtung 7 oder 7' vorgesehen. Im folgenden wird daher auch nur eine Dampfabgabeeinrichtung 7 näher beschrieben. Die andere Dampfabgabeeinrichtung 7' entspricht ihr spiegelbildlich.
  • Die Dampfabgabeeinrichtung 7 weist eine Dampfblaskammer 13 auf, die von einer freien Gehäusewand 14 und weiteren Gehäusewänden 15, 16, 17, 18, 19 begrenzt ist. Die freie Gehäusewand 14 weist Dampfaustrittsöffnungen 20 auf, die einen Durchmesser haben, der kleiner als die Dicke der freien Gehäusewand ist. Diese Öffnungen 20 sind deswegen nur als Strich dargestellt. Jede Dampfblaskammer weist ferner ein Dampfventil 21 auf. Das Dampfventil läßt Dampf, den es über einen Zufuhrkanal 22 zugeführt bekommt, in die Dampfblaskammer 13 eintreten. Hierbei sind Ventilöffnungen 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 vermeidet hierdurch, daß aus dem Dampfventil 21 austretende 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 unerwünschten Turbulenz des Dampfes in der Dampfblaskammer 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 Gehäuseteilen 25-28 vorgesehen. Die Papierbahn 5 soll an den Gehäuseteilen nicht reiben.
  • Im Verdampfungsraum 29 sind auf die freie Gehäusewand 14 im wesentlichen U-förmige Bleche 30 aufgebracht, 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 Gehäusewand sind hierbei zwischen den Blechen 30 angeordnet.
  • 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 Gehäusewand 17 ist durch einen Dampfkanal 32 beheizt. Dieser Dampfkanal 32 ist als Dampftrocknungsabschnitt ausgebildet. Er ist mit einem Dampfanschluß 33 verbunden, über den Dampf von einer nicht näher dargestellten Dampferzeugungseinrichtung zugeführt wird. An den beiden Stirnseiten der Dampfabgabeeinrichtung sind Seitenkanäle 34, 35 vorgesehen, so daß die Dampfabgabeeinrichtung 7 auch an ihren beiden Stirnseiten beheizt ist. Der eine Seitenkanal 35 weist an seinem Ende, d.h. kurz vor der Mündung in den Zufuhrkanal 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, zunächst durch den Dampfkanal 32, wo er getrocknet wird, d.h. im Dampf sich möglicherweise noch befindende Wassertröpfchen werden hier ausgeschieden und können über eine Kondensatableitung 37 entfernt werden. 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 Betriebsunterbrechungen 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 dargestellten Ausführungsbeispiel vier, Dampfblaskammern 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 Dampfabgabeeinrichtung 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 abgeschrägt. Sie weist einen Winkel im Bereich zwischen 35° und 55° auf, im vorliegenden Fall sind es etwa 45°. Hiermit 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 Temperatur- und Feuchteerhöhung in der Papierbahn 5 aber noch nicht in das Innere der Papierbahn vorgedrungen ist und zu einem Ausgleich geführt hat, wenn die Papierbahn 5 dem Druck im Walzenspalt 4 ausgesetzt wird.
  • Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Dampfabgabeeinrichtung 7 wird möglichst dicht an den Walzenspalt 4 herangebracht, wobei die Entfernung abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Papierbahn 5 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 Dampfabgabeeinrichtung 7 über den Dampfanschluß 33 Dampf zugeführt. Die Dampfventile 21 öffnen und lassen Dampf in die Dampfblaskammer 13 eintreten, wo er sich ausbreitet und dann mit einem relativ gleichmäßigen Druck und vor allem einer gleichmäßigen hohen Geschwindigkeit von 15 m/s oder mehr durch die Öffnungen 20 in den Dedampfungsraum 29 strömt, um mit der Papierbahn 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 Oberfläche 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 bevorzugterweise etwa im Bereich eines Tausenstelmillimeters 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 wenigen Hundertstelsekunden hat die Papierbahn eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Die Vergleichmäßigung der Feuchtigkeit dauert etwas länger. Die Feuchtigkeit 42 dringt nämlich langsamer als die Temperatur in die Papierbahn 5 ein. Deswegen hat ein Oberflächenbereich 43 der Papierbahn 5 eine wesentlich höhere 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 behandelt, und zwar wird die Oberfläche der Bahn, die noch die erhöhte Temperatur und Fechtigkeit aufweist, geglättet beziehungsweise mit erhöhtem Glanz versehen. Die weiter innen liegenden Bereiche 44 der Papierbahn 5 werde durch den Walzenspalt nicht nennenswert verändert.
  • Stellt nun der Regler 11 fest, daß die von der Meßvorrichtung 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 durchführen, so daß unterschiedliche Glanz- bzw. Glättewerte über die Breite der Papierbahn 5 ausgeglichen werden können. Gleichzeitig kann der Regler 11 in einem unterlegten oder untergeordneten Regelkreis die Temperatur der Walzenoberfläche mit Hilfe der Heizvorrichtung 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 verändern, wie dies durch strichpunktierte Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Verstellung wird in der Regel manuell erfolgen. Gegebenenfalls kann aber auch der Regler 11 diese Grobeinstellung vornehmen.
  • Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 1', bei der lediglich ein Walzenspalt 4 vorhanden 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 dieser 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 Papierbahn 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.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde eine Papierbahn 5 verwendet. Das Verfahren und die Vorrichtung sind aber auch für andere Materialbahnen geeignet, die Zellstoffasern aufweisen, beispielsweise Pappe oder Kartonagen.
  • Mit der dargestellten Vorrichtung läßt sich sowohl eine Glanz- und/oder Glätte-Steuerung der Materialbahn in Maschinenrichtung, d.h. in Laufrichtung der Materialbahn 5, bewirken, als auch eine Steuerung dieser Werte in Querrichtung. Die Steuerung in Längsrichtung kann erfolgen über eine Steuerung der den Dampfabgabeeinrichtungen 7, 7' zugeführten Dampfmenge. Die Steuerung in Querrichtung erfolgt durch eine zonenweise Steuerung der Dampfabgabemenge, also durch eine Einstellung des Verhältnisses der in den einzelnen Zonen abgegebenen Dampfmengen.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, bei dem eine mit Hilfe von Dampf befeuchtete Materialbahn durch einen Walzenspalt geführt und dort mit Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf auf der Materialbahn kondensiert wird und die Materialbahn durch den Walzenspalt geführt wird, bevor die durch die Dampfbeaufschlagung entstandene Feuchteerhöhung der Oberfläche unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbeestimmte Wert im Bereich von 12 % bis 25 %, insbesondere im Bereich von 16 % bis 25 % liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn in den Walzenspalt geführt wird, bevor die Temperatur im mittleren Drittel der Dicke der Bahn das 1/e-fache der Oberflächentemperatur erreicht hat.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf bis zum Auftreffen auf die Materialbahn frei von Wassertropfen gehalten wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zunächst in einem Verteilraum auf eine in Laufrichtung der Materialbahn eine vorbestimmte Ausdehnung aufweisende Austrittsfläche verteilt wird und dann mit einer hohen Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Bereich in Richtung auf die Materialbahn bewegt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Glanz und/oder Glätte und/oder entsprechende Parameter der Materialbahn hinter dem Walzenspalt ermittelt und die Dampfabgabe in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ermittelten Istwert und einem vorgegebenen Sollwert eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbeaufschlagung in Bahnquerrichtung in mehrere Zonen erfolgt, wobei die Dampfabgabe in jeder Zone getrennt einstelbar ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Dampfes im wesentlichen auf eine Menge pro Zeit beschränkt wird, die auf der Materialbahn kondensieren kann.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feineinstellung von Glanz und/oder Glätte zusätzlich die Temperatur mindestens einer der den Walzenspalt bildenden Walzen eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze an ihrer Oberfläche beheizt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur-Einstellung in einem Regelkreis erfolgt, der einem Regelkreis, der die Dampfabgabe steuert, untergeordnet ist.
  12. Vorrichtung zum Erhöhen von Glanz und/oder Glätte einer Materialbahn mit einem einen Walzenspalt bildenden Walzenpaar und einer in Laufrichtung der Bahn vor dem Walzenspalt angeordneten Dampfabgabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfabgabeeinrichtung (7) eine Dampfblaskammer (13), die von einer freien Gehäusewand (14) mit einer Anzahl von Dampfaustrittsöffnungen (20) und weiteren Kammerwänden (15-19) vollständig umschlossen ist, und ein Dampfventil (21) zum Einlaß von Dampf in die Dampfblaskammer (13) aufweist, wobei zumindest eine Wand (14, 15, 17) der Dampfblaskammer (13), insbesondere die freie Gehäusewand (14), beheizt ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Gehäusewand (14) und die Materialbahn (5) einen Bedampfungsraum (29) einschließen, der seitlich durch Gehäuseteile (25-28) der Dampfabgabeeinrichtung (7) weitgehend abgeschlossen ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung eine mit Dampf betriebene Heizeinrichtung (22, 31, 32) vorgesehen ist, wobei das Dampfventil (21) und die Heizeinrichtung mit dem gleichen Dampfzufuhranschluß (33) verbunden sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (22, 31, 32) und das Dampfventil (21) in Reihe angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (22, 31, 32) einen Dampftrocknungsabschnitt (32) aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine einer Walze (2) benachbarte Vorderwand (39) der Dampfabgabeeinrichtung (7) mit Bezug zur freien Gehäusewand (14) geneigt ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel zwischen 35° und 55° beträgt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfblaskammer (13) quer zur Laufrichtung (9) der Materialbahn (5) in Zonen (Fig. 3 und 4) unterteilt ist, die getrennt voneinander steuerbare Dampfventile (21) aufweisen.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Laufrichtung (9) der Materialbahn (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 Abhängigkeit von Glanz- bzw. Glätte-Sollwerten steuert.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfventile (21) Austrittsöffnungen (23) aufweisen, die unter einem Winkel zur freien Gehäusewand (14) so angeordnet sind, daß kein Dampfstrahl (24) direkt auf die freie Gehäusewand (14) gerichtet ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder aus den Dampfventilen (21) austretende Dampfstrahl (24) unter einem Winkel ungleich 90° auf eine Kammerwand (15-19) gerichtet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf der freien Gehäusewand (14) im Bedampfungsraum (29) zwischen 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.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf eine Temperatur im Bereich von 102°C bis 110°C aufweist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Dampfabgabeeinrichtung (7) vom Walzenspalt (4) veränderbar ist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Dampfabgabeeinrichtung (7, 7') auf beiden Seiten der Materialbahn (5) vor dem Walzenspalt (4) angeordnet ist.
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