EP1314820B1

EP1314820B1 - Kalander zum Glätten einer Bahn aus Faserstoff

Info

Publication number: EP1314820B1
Application number: EP20020024342
Authority: EP
Inventors: Rüdiger Dr. Kurtz; Josef Schneid; Thomas Hermsen; Udo Gabbusch; Harald Hess; Rainer Fenske; Alexander Wassermann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2001-11-24
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-11-02
Also published as: DE10157688C1; EP1314820A1; DE50210447D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalander zum Glätten einer Bahn aus Faserstoff mit einem Nip, der durch eine beheizte Walze und ein umlaufendes Mantelband gebildet ist, das mit Hilfe einer Stützelementanordnung in einem vorbestimmten Umfangsabschnitt gegen die Walze gepreßt ist, wobei die Bahn durch den Nip geführt ist, wobei ein wärmeleitfähiges Hilfsband zwischen der Bahn und der Walze durch den Nip geführt ist, das nach dem Austritt aus dem Nip über eine vorbestimmte Strecke anliegend an die Bahn geführt ist.
Ein derartiger Kalander ist aus WO 98/44195 A1 bekannt. Dabei wird die Materialbahn erst durch einen Nip geführt, der durch zwei harte, beheizbare Walzen gebildet wird. Anschließend wird die Materialbahn durch einen Softnip geführt, der durch zwei weiche Walzen gebildet wird. Ein umlaufendes Mantelband verbindet jeweils eine harte Walze mit der entsprechenden weichen Walze. Dieses umlaufende Mantelband dient zum einen als Schutz für die weichen Walzen, zum anderen deckt es die Materialbahn zwischen den beiden Nips ab, so daß nach dem ersten Nip kein plötzlicher Druckausgleich von der Materialbahn in die Umgebung stattfinden kann. Dabei kann zwischen den Nips eine Kühleinrichtung vorgesehen sein, die mindestens eines der umlaufenden Mantelbänder abkühlt.
Aus WO 98/44196 A1 ist ein Kalander bekannt, wobei ein umlaufendes Metallband mit einer beheizten Walze einen Nip bildet, durch den eine Papierbahn geführt ist. Das Metallband wird durch zwei weiche Walzen, die ihrerseits wiederum eine Stützelementanordnung aufweisen, gegen den Umfang der beheizten Walze gedrückt. Dadurch ergeben sich am Umfang der beheizten Walze fünf Behandlungszonen für die Papierbahn.
Eine ähnliche Vorrichtung, die auch als "Schuhpresse" bezeichnet werden kann, ist aus EP 0 586 482 B1 bekannt. Diese Vorrichtung dient im bekannten Fall zum Entwässern einer Papierbahn, d. h. die Papierbahn läuft zwischen zwei Filzbändern durch den Nip. Durch den erhöhten Druck im Nip wird das Wasser aus der Papierbahn verdrängt und in den Filzen aufgenommen.
Der Nip einer derartigen Schuhpresse hat gegenüber einem Nip, der zwischen zwei Walzen gebildet ist, den Vorteil, daß die Flächenpressung geringer, die Verweilzeit der Bahn aber höher ist. Dadurch wird erreicht, daß das Volumen der Bahn nicht in dem Maße abnimmt wie in einem Nip, der zwischen zwei Walzen gebildet ist. Man hat daher versucht, eine derartige Schuhpresse auch zum Glätten der Oberfläche der Bahn zu verwenden, wobei diese Versuche bislang nicht immer erfolgreich waren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberflächengüte der Bahn zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Stützelementanordnung mehrere, in Umfangsrichtung der Walze hintereinander angeordnete Stützschuhe aufweist.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erreicht man zumindest auf der Seite der Bahn, die der Walze zugewandt ist, eine verbesserte Glätte. Die beheizte Walze führt der Bahn Wärme zu, was sich positiv auf die Glätte auswirkt. Ab einer bestimmten Temperatur wird die Oberfläche der Bahn sozusagen plastifiziert, so daß sich die Oberfläche des Hilfsbandes auf die Oberfläche der Bahn einprägt. Durch die Wahl des Hilfsbandes, genauer gesagt die Ausgestaltung dessen Oberfläche, kann man also bereits einen gewissen Einfluß auf die Oberflächengüte der Bahn nehmen. Das Hilfsband hat darüber hinaus noch einen weiteren Effekt: Wenn man die Bahn unmittelbar an der heißen Walze anliegen läßt, dann wird die Bahn beim Verlassen des Nips von der heißen Oberfläche abgehoben. Wenn die Temperatur der Walze so hoch ist, daß die in der Bahn befindliche Feuchtigkeit verdampft, dann besteht beim Abheben der Bahn von der heißen Oberfläche der Walze die Gefahr eines mehr oder weniger plötzlichen Austritts des Dampfes aus der Bahn. Dieser Dampfaustritt reißt die Oberfläche wieder auf, so daß die erzielte Glätte verloren geht. Wenn man hingegen ein Hilfsband, das wärmeleitfähig und praktisch dampfundurchlässig ist, zwischen der Walze und der Bahn durch den Nip führt, dann kann die Wärme zwar von der Walze auf die Bahn übertragen werden. Ein Dampfaustritt auf der der Walze zugewandten Seite der Bahn wird jedoch nach dem Verlassen des Nips durch das Hilfsband verhindert. Das Hilfsband bleibt solange an der Bahn anliegend, bis die Temperatur der Bahn so weit abgesunken ist, daß der Dampf nicht mehr schlagartig entweichen kann. Damit wird die sogenannte "Flashverdampfung" verhindert und die Bahn behält ihre Oberflächengüte, die sie beim Durchlaufen des Nips (der auch als Breitnip oder extended Nip bezeichnet wird) erhalten hat. Das Mantelband kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines relativ steifen Mantels, der elastisch genug ist, um sich an die Krümmung der Walze anzupassen, im übrigen aber praktisch nach Art einer Walze umläuft. Dieser Mantel kann stirnseitig mit Scheiben versehen sein. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines weniger steifen Bandes, das über Stützrollen in einem Umlauf geführt wird, wobei die Umlenkrollen praktisch ein Polygon definieren. Ein derartiges Band kann auch relativ dünn sein. Da die Stützelementanordnung mehrere, in Umfangsrichtung der Walze hintereinander angeordnete Stützschuhe aufweist, bekommt die Bahn beim Durchlaufen des Nips eine Reihe von Druckstößen und zwar jedesmal dann, wenn sie in einen Bereich zwischen einem Stützschuh und der Walze kommt. Dies fördert die Glättung der Bahn weiter.
Vorzugsweise ist hinter dem Nip eine Kühleinrichtung angeordnet, die auf das Hilfsband wirkt. Man kann damit die Strecke verkürzen, über die das Hilfsband anliegend an der Bahn geführt werden muß. Die Kühleinrichtung muß lediglich in der Lage sein, die Temperatur der Bahn soweit abzusenken, daß der in der Bahn befindliche Dampf wieder kondensieren kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Kühleinrichtung auf die Seite des Hilfsbandes wirkt, die an der Walze anliegt. Die Kühleinrichtung wirkt also sozusagen durch das Hilfsband hindurch. Da das Hilfsband gut wärmeleitfähig ist, kann die Wärme, die von der Walze durch das Hilfsband hindurch auf die Bahn übertragen worden ist, beim Vorbeilaufen an der Kühleinrichtung in die umgekehrte Richtung transportiert werden. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, die Bahn durch das Hilfsband hindurch zu kühlen.
Bevorzugterweise ist eine auf das Hilfsband wirkende Heizeinrichtung vor dem Nip angeordnet. Das Band wird beim oder nach dem Verlassen des Nips gekühlt, so daß die Feuchtigkeit in der Bahn wieder kondensieren kann. Wenn das Hilfsband dann einen Umlauf durchgeführt hat und wieder in den Nip eintreten will, hat es dementsprechend eine relativ niedrige Temperatur. Durch die Heizeinrichtung kann man die Temperatur des Hilfsbandes anheben, so daß das Glätt-Ergebnis verbessert wird.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Heizeinrichtung auf die der Bahn zugewandte Seite des Hilfsbandes wirkt. Die Wärme muß dann nicht das Hilfsband durchdringen. Die Wärmeverluste sind dementsprechend geringer, so daß eine größere Wärmemenge an die Bahn abgegeben werden kann.
Bevorzugterweise ist das Hilfsband als Metallband, insbesondere Stahlband, ausgebildet. Metalle haben in der Regel eine gute Wärmeleitfähigkeit, die sich mit einer relativ hohen Festigkeit paart. Dies ist insbesondere bei einem Stahlband der Fall. Darüber hinaus ist es möglich, bei einem Metallband eine sehr glatte Oberfläche zu erzeugen, die sich positiv auf die Glätte der Bahn auswirkt. Allerdings sollte hier ein Material mit einem möglichst kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt werden.
Bevorzugterweise ist die dem Hilfsband gegenüberliegende Seite der Bahn hinter dem Nip über eine vorbestimmte Strecke von einem Band abgedeckt. Wenn die Bahn im Nip eine relativ hohe Verweilzeit hat, dann wird nicht nur die an der heißen Walze anliegende Oberfläche erwärmt, sondern die Bahn nimmt insgesamt eine erhöhte Temperatur an, so daß davon auszugehen ist, daß die Feuchtigkeit im gesamten Innern der Bahn in Dampf umgewandelt wird. Wenn die Bahn den Nip verläßt, dann besteht auch auf der der Walze abgewandten Seite der Bahn die Gefahr, daß der Dampf dort austritt. Dieser Gefahr kann man begegnen, wenn man auch die andere Seite der Bahn über eine vorbestimmte Strecke abdeckt und zwar mit einem dampfundurchlässigen Band, so daß der Dampf auf beiden Seiten eingeschlossen ist.
Auch ist von Vorteil, wenn das Band durch das Mantelband gebildet ist. Dies ist eine relativ einfache konstruktive Lösung. Man muß das Mantelband nach dem Nip lediglich eine gewisse Strecke so führen, daß die Bahn zwischen dem Mantelband und dem Hilfsband festgehalten wird. Die Verlängerung des Mantelbandes läßt sich mit relativ wenig Aufwand durchführen.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Band durch ein Mantel-Hilfsband gebildet ist, das zwischen dem Mantelband und der Bahn durch den Nip geführt ist. Mit Hilfe des Mantel-Hilfsband hat man die Möglichkeit, der Oberfläche der Bahn, die dem Mantelband zugewandt ist, andere Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Glätte, zu vermitteln, als dies mit der Oberfläche des Mantelbandes möglich wäre. Beispielsweise kann auch das Mantel-Hilfsband durch ein Stahlband oder ein anderes Metallband mit einer sehr glatten Oberfläche gebildet sein, so daß sich die Glätte dieser Oberfläche auf die Bahn einprägt.
Vorzugsweise ist eine zweite Kühleinrichtung vorgesehen, die auf das Band wirkt. Die zweite Kühleinrichtung trägt zu einer noch schnelleren Abkühlung der Bahn bei, so daß die Strecke kurz gehalten werden kann, in der das Band an der Bahn anliegt.
Vorteilhafterweise ist vor dem Nip eine Dampfauftragseinrichtung angeordnet, die Dampf auf die der Bahn zugewandte Seite des Hilfsbandes und/oder auf die Bahn aufträgt. Der Dampf führt zu einer Erhöhung der Feuchtigkeit und der Temperatur, zumindest an der Oberfläche der Bahn. Dies wirkt sich positiv auf die Glättung der Oberfläche der Bahn aus. Die hier besprochene Glättung läßt sich auch als "Satinage" bezeichnen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine erste Ausgestaltung einer Vorrichtung und
Fig. 2: eine zweite Ausgestaltung einer Vorrichtung.

Ein Kalander 1 zum Glätten einer Bahn aus Faserstoff, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn (strichpunktiert dargestellt) weist eine beheizte Walze 3 auf, die mit nicht näher dargestellten, aber an sich bekannten Mitteln beheizt ist. Zur Beheizung können beispielsweise Flüssigkeiten, wie Wasser oder Öl, oder Dampf verwendet werden. Beheizungen durch Strahlungen oder elektrische oder magnetische Felder sind ebenfalls möglich.
Die Walze 3 bildet zusammen mit einem umlaufenden Mantelband 4 einen Nip 5, der sich über nahezu den halben Umfang der Walze 3 erstreckt. Eine Reihe von Stützschuhen 6 sind entlang der Umfangsrichtung der Walze 3 so angeordnet, daß sie das Mantelband 4 gegen die Walze 3 drücken. Die Stützschuhe haben eine konvexe Andruckfläche 7, deren Krümmung der Krümmung der Walze 3 angepaßt ist. In der Andruckfläche 7 sind Schmiermittel vorgesehen, beispielsweise Öffnungen, aus denen Hydrauliköl unter Druck austreten kann, um einen Schmierfilm zwischen dem Mantelband 4 und den Stützschuhen 6 zu bilden. Durch die Folge der Stützschuhe 6 ergeben sich im Nip 5 Zonen mit höherem Druck und Zonen mit niedrigerem Druck, so daß die Bahn 2, wenn sie durch den Nip 5 läuft, impulsartig mit Druck beaufschlagt wird.
Zwischen der Bahn 2 und der Walze 3 ist ein Hilfsband 8 geführt, im vorliegenden Fall ein Stahlband, dessen der Bahn 2 zugewandte Oberfläche eine relativ hohe Glätte aufweist. Die Glätte ist so groß, wie die Glätte einer Walze, an der die Bahn 2 zur Glättung anliegen würde. Das Hilfsband 8 ist gut wärmeleitfähig und darüber hinaus dampfundurchlässig. Die Wärme von der beheizten Walze 3 kann also praktisch ungehindert zur Bahn 2 vordringen.
Die Temperatur der beheizten Walze 3 ist im Betrieb größer als 100°C, d. h. Feuchtigkeit, die sich in der Bahn 2 befindet, kann aufgrund der langen Verweilzeit im Nip 5 verdampfen.
Um zu verhindern, daß diese Feuchtigkeit in Dampfform nach dem Verlassen des Nips 5 aus der Bahn austritt, was in der Regel ziemlich schlagartig in Form einer sogenannten Flashverdampfung erfolgt, ist das Hilfsband 8 nach dem Verlassen des Nips 5 so geführt, daß es an der Bahn 2 weiter anliegt. Auch das Mantelband 4 ist nach dem Verlassen des Nips entsprechend geführt. Das Mantelband 4 und das Hilfsband 8 bilden nach dem Abheben vom Umfang der Walze 3 eine Abkühlzone 9, in der das Mantelband 4 von der einen Seite und das Hilfsband 8 von der anderen Seite an der Bahn 2 so anliegen, daß Dampf aus der Bahn 2 nicht austreten kann. Aus Gründen der Übersicht ist in der Zeichnung die Bahn 2 (strichpunktiert gezeichnet) mit einem Abstand zum Hilfsband 8 (gestrichelt gezeichnet) bzw. zum Mantelband 4 (mit durchgezogenen Linien gezeichnet) dargestellt. In Wirklichkeit liegen, wie gesagt, beide Bänder 4, 8 an der Bahn 2 an.
Um die Kühlung zu beschleunigen, ist eine erste Kühleinrichtung 10 vorgesehen, die auf das Hilfsband 8 wirkt und zwar von der Seite aus, die an der Walze 3 anliegt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Kühleinrichtung 11 vorgesehen, die auf das Mantelband 4 wirkt und zwar ebenfalls von dessen Rückseite aus. Beide Kühleinrichtungen wirken also durch die entsprechenden Bänder 4, 8 hindurch.
Nach dem Durchlaufen der Abkühlzone 9 hat die Bahn 2 eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der darin enthaltenen Flüssigkeit, so daß die Feuchtigkeit wieder kondensieren kann (in der Regel unter 100°C). Damit ergibt sich als vorteilhafter Effekt, daß sich ein Feuchtigkeitsausgleich in Querrichtung, d. h. quer zur Laufrichtung 12 der Bahn 2 ergibt.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform arbeitet dann besonders gut, wenn das Mantelband 4 ebenfalls gut wärmeleitend ausgebildet ist. Dies ist in manchen Fällen jedoch nicht der Fall, beispielsweise dann, wenn das Mantelband aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, das nur eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit aufweist. In diesem Fall dient das Mantelband 4 zwar dazu, den Dampfaustritt aus der Bahn 2 auf der der Walze 3 abgewandten Oberfläche zu verhindern. Die Kühlung erfolgt aber praktisch ausschließlich mit Hilfe der ersten Kühleinrichtung 10.
Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie beide Seiten der Bahn 2 nach dem Verlassen des Nips 5 gekühlt werden können. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Zusätzlich ist noch ein Mantel-Hilfsband 13 durch den Nip 5 geführt, das zwischen der Bahn 2 und dem Mantelband 4 angeordnet ist. Das Mantel-Hilfsband 13 ist ebenfalls als Stahlband ausgebildet, d. h. es weist eine recht gute Wärmeleitfähigkeit auf. Es wird in der Kühlzone 9 in Anlage an der Bahn 2 gehalten, so daß der Dampf aus der Bahn 2 nach dem Verlassen des Nips 5 nicht entweichen kann. Gleichzeitig ermöglicht das Mantel-Hilfsband 13 (gestrichelt dargestellt, wie das Hilfsband 8), daß die Kühleinrichtung 11 mit einer hohen Wirksamkeit durch das Mantel-Hilfsband 13 hindurch auf die Bahn 2 wirken kann.
Der Umlauf des Mantelbandes 4 ist in diesem Fall etwas kürzer, d. h. das Mantelband 4 kann bereits dann wieder zurückgeführt werden, wenn der Nip 5 zu Ende ist. Die "Absperrfunktion" wird vom Mantel-Hilfsband 13 übernommen.
Das Mantel-Hilfsband 13 hat einen positiven Nebeneffekt. Seine der Bahn 2 zugewandte Oberfläche kann in der Regel wesentlich glatter ausgebildet werden als die Oberfläche des Mantelbandes 4. Wenn die Bahn 2 im Nip die notwendig hohe Temperatur erhalten hat, dann ist das Mantel-Hilfsband 13 in der Lage, die Rückseite, d. h. die nicht an der Walze 3 anliegende Seite der Bahn 2 zu glätten. Man erreicht also eine beidseitige Glättung mit einem einmaligen Durchlaufen durch den Breitnip 5.
In nicht näher dargestellter Weise kann vor dem Nip 5 noch eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die auf die Seite des Hilfsbandes 8 wirkt, die der Bahn 2 zugewandt ist. Dadurch wird das Hilfsband 8, das durch die Kühleinrichtung 10 abgekühlt worden ist, wieder auf eine erhöhte Temperatur gebracht, so daß die Glättung der Bahn 2 verbessert werden kann.
Zusätzlich kann ebenfalls eine Dampfauftragseinrichtung vorgesehen sein, die Dampf auf die der Bahn 2 zugewandte Seite des Hilfsbandes 8 oder auf die Bahn 2 selbst aufträgt. Mit der Zufuhr von Dampf, der auf der Oberfläche des Hilfsbandes 8 und/oder auf der Oberfläche der Bahn 2 kondensiert, wird eine Erhöhung der Feuchtigkeit und der Temperatur dieser Oberfläche bewirkt. Beides sind Parameter, die sich positiv auf die Glättung der Oberfläche der Bahn auswirken.
Selbstverständlich kann die Heizeinrichtung und die Dampfauftragseinrichtung auch kombiniert sein.

Claims

Kalander (1) zum Glätten einer Bahn (2) aus Faserstoff mit einem Nip (5), der durch eine beheizte Walze (3) und ein umlaufendes Mantelband (4) gebildet ist, das mit Hilfe einer Stützelementanordnung (6) in einem vorbestimmten Umfangsabschnitt gegen die Walze (3) gepreßt ist, wobei die Bahn (2) durch den Nip (5) geführt ist, wobei ein wärmeleitfähiges Hilfsband (8) zwischen der Bahn (2) und der Walze (3) durch den Nip (5) geführt ist, das nach dem Austritt aus dem Nip (5) über eine vorbestimmte Strecke (9) anliegend an die Bahn (2) geführt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelementanordnung mehrere, in Umfangsrichtung der Walze (3) hintereinander angeordnete Stützschuhe (6) aufweist.
Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Nip (5) eine Kühleinrichtung (10) angeordnet ist, die auf das Hilfsband (8) wirkt.
Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (10) auf die Seite des Hilfsbandes (8) wirkt, die an der Walze (3) anliegt.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das Hilfsband (8) wirkende Heizeinrichtung vor dem Nip (5) angeordnet ist.
Kalander nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung auf die der Bahn (2) zugewandte Seite des Hilfsbandes (8) wirkt.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsband (8) als Metallband, insbesondere Stahlband, ausgebildet ist.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hilfsband (8) gegenüberliegende Seite der Bahn (2) hinter dem Nip (5) über eine vorbestimmte Strecke von einem Band (4, 13) abgedeckt ist.
Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch das Mantelband (4) gebildet ist.
Kalander nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch ein Mantel-Hilfsband (13) gebildet ist, das zwischen dem Mantelband (4) und der Bahn (2) durch den Nip (5) geführt ist.
Kalander nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kühleinrichtung (11) vorgesehen ist, die auf das Band (4, 13) wirkt.
Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Nip (5) eine Dampfauftragseinrichtung angeordnet ist, die Dampf auf die der Bahn (2) zugewandte Seite des Hilfsbandes (8) und/oder auf die Bahn (2) aufträgt.