EP1318235B1

EP1318235B1 - Process and calender for smoothing a fibrous web

Info

Publication number: EP1318235B1
Application number: EP20020024768
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: 2002-11-07
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: EP1318235A2; EP1318235A3; DE10157692A1; DE50210110D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Bahn durch einen Breitnip geleitet wird, der zwischen einer Walze und einem durch einen Stützschuh gegen die Walze gepreßten umlaufenden Mantel gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kalander zum Glätten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einem Breitnip der zwischen einer Walze und einem durch einen Stützschuh gegen die Walze gepreßten umlaufenden Mantel gebildet ist.The invention relates to a method for smoothing a fibrous web, in particular a paper or board web, in which the web is passed through a nip formed between a roll and a circulating jacket pressed against the roll by a support shoe. Furthermore, the invention relates to a calender for smoothing a fibrous web, in particular a paper or board web, with a nip formed between a roller and a pressed against the roller by a support shoe circumferential jacket.

Ein Verfahren und ein Kalander der eingangs genannten Art sind aus WO 01/83883 A1 bekannt.A method and a calender of the type mentioned are known from WO 01/83883 A1.

Papier- oder Kartonbahnen müssen in der Regel im Laufe ihres Herstellungsverfahrens geglättet werden. Dabei soll eine Oberfläche erzeugt werden, die später besser bedruckt werden kann.Paper or board webs usually need to be smoothed during their manufacturing process. there should a surface be generated, which can be printed better later.

Es ist hierzu bekannt, die Bahn durch mindestens einen Nip zu leiten, der zwischen zwei Walzen ausgebildet ist. In der Regel ist die eine Walze als weiche Walze ausgebildet, d.h. sie weist eine in gewissen Grenzen nachgiebige Oberfläche auf, während die andere Walze als harte Walze mit einer glatten Oberfläche ausgebildet ist. Die Glätte der glatten Oberfläche soll sich dann in die Oberfläche der Bahn einprägen.It is known for this purpose to guide the web through at least one nip, which is formed between two rollers. As a rule, one roller is designed as a soft roller, i. it has a certain yielding surface, while the other roller is formed as a hard roller with a smooth surface. The smoothness of the smooth surface should then be impressed into the surface of the web.

Bei der Glättung gibt es mehrere Einflußfaktoren, die sich zwar positiv auf die Glätte auswirken, unter Umständen aber negative Einflüsse auf andere Eigenschaften der Bahn haben können. Beispielsweise führt ein hoher Druck im Nip dazu, daß die Bahn zwar gut geglättet wird, aber einen teilweise erheblichen Volumenverlust, d.h. eine Verminderung des Bulk, erleidet.When smoothing, there are several influencing factors that have a positive effect on the smoothness, but may possibly have negative effects on other properties of the web. For example, high pressure in the nip causes the web to be smoothed well, but to have some substantial volume loss, i. a diminution of the bulk, suffers.

FR 2 325 764 A zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Glätte und Glanz auf Papier- und Kartonbahnen oder dergleichen, bei der mindestens zwei Walzen unterschiedlicher Härte zusammenwirken. Eine der Walzen kann einen Antrieb oder eine Bremse aufweisen. Aufgrund des dadurch auftretenden Schlupfes zwischen den beiden Walzen wird ein guter Glanz auf dem Papier erzeugt.FR 2 325 764 A shows a device for producing smoothness and gloss on paper and board webs or the like, in which at least two rollers of different hardness cooperate. One of the rollers may have a drive or a brake. Due to the resulting slip between the two rollers, a good gloss is produced on the paper.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Glätte der Bahn zu verbessern.The invention has for its object to improve the smoothness of the web.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß daß man die Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit betreibt, die von der Umlaufgeschwindigkeit des Mantels abweicht und man den Mantel aus einem Material wählt, dessen Reibungskoeffizient gegenüber der Bahn mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als der Reibungskoeffizient der Bahn gegenüber der Oberfläche der Walze.This object is achieved in a method of the type mentioned fact that that one with the roller a circumferential speed which deviates from the peripheral speed of the shell and one selects the sheath of a material whose coefficient of friction against the web at least by a factor of 1.5 greater than the coefficient of friction of the web against the surface of the roller.

Mit dieser Ausgestaltung erzielt man eine relativ hohe Verweilzeit der Bahn im Nip. Dies liegt daran, daß der Breitnip in Umfangsrichtung eine wesentlich größere Behandlungslänge aufweist, als ein Nip, der nur zwischen zwei Walzen gebildet ist. Bei ansonsten gleichen Kräften weist der Breitnip eine wesentlich geringere Druckspannung auf als ein sogenannter "normaler" Nip zwischen zwei Walzen, so daß man volumenschonender glätten kann. Der Bulk wird also nicht oder nicht in dem Maße wie bei einem normalen Nip vermindert. Die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel bewirken, daß die Bahn durch eine Friktionsglättung geglättet wird, d.h. durch eine Relativbewegung von Walze und/oder Mantel zur Bahn. Da die Verweilzeit der Bahn im Breitnip wesentlich länger ist, ist natürlich auch die Einwirkzeit der Reibungsbewegung wesentlich größer, so daß man eine verbesserte Glätte erzielen kann. Alternativ dazu kann man die Bahn mit einer größeren Geschwindigkeit durch den Nip fahren. Der Mantel 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. Wenn man den Mantel aus einem Material wählt, dessen Reibungskoeffizient gegenüber der Bahn mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als der Reibungskoeffizient der Bahn gegenüber der Oberfläche der Walze. Damit stellt man sicher, daß die hauptsächliche Relativbewegung zwischen der Bahn und der Walze erfolgt, d.h. dem den Breitnip begrenzenden Element mit der glatteren Oberfläche. Die Bahn wird bei der höheren Geschwindigkeit der Walze sozusagen auf dem Mantel festgehalten, weil hier die Reibungskräfte größer sind.With this embodiment, one achieves a relatively high residence time of the web in the nip. This is because the wide nip in the circumferential direction has a much greater treatment length, as a nip, which is formed only between two rollers. With otherwise identical forces, the nip has a much lower compressive stress than a so-called "normal" nip between two rollers, so that you can smooth volume-saving. The bulk is not diminished, or not as much as a normal nip. The different peripheral speeds of roller and shell cause the web is smoothed by a friction smoothing, ie by a relative movement of the roller and / or jacket to the web. Since the residence time of the web in the nip is much longer, of course, the reaction time of the friction movement is much larger, so that you can achieve improved smoothness. Alternatively, you can drive the web at a faster speed through the nip. The jacket can be designed in different ways. One possibility is the use of a relatively stiff shell, which is elastic enough to adapt to the curvature of the roll, but otherwise rotates virtually in the manner of a roller. This jacket can be provided with discs on the front side. Another option is to use a less stiff one Bandes, which is guided over support rollers in a circuit, wherein the deflection rollers define a polygon practically. Such a band can also be relatively thin. If one chooses the jacket of a material whose coefficient of friction against the web is at least a factor of 1.5 greater than the coefficient of friction of the web against the surface of the roll. This ensures that the main relative movement takes place between the web and the roll, ie the flat-nip limiting element with the smoother surface. The web is held at the higher speed of the roll, so to speak, on the mantle, because here the frictional forces are greater.

Vorzugsweise dreht man die Walze mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als den Mantel. Die Walze erzielt also eine gewisse Voreilung gegenüber dem Mantel. Dies ist einfacher zu realisieren, weil man die Walze leichter antreiben kann als den Mantel.Preferably, the roller is rotated at a higher peripheral speed than the shell. The roller thus achieves a certain lead over the jacket. This is easier to realize because you can drive the roller easier than the coat.

Bevorzugterweise beheizt man die Walze. Eine beheizte Walze gibt im Breitnip Wärme an die Bahn ab. Die Wärme fördert den Glättungsprozeß, so daß man eine noch bessere Glättesteigerung der Bahn im Nip beobachten kann.Preferably, the roller is heated. A heated roller gives heat to the web in the nip. The heat promotes the smoothing process, so that one can observe an even better increase in the smoothness of the web in the nip.

Bevorzugterweise dreht man die Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die größer ist als die Laufgeschwindigkeit der Bahn. Damit ist sichergestellt, daß tatsächlich eine Friktionsglättung auf der Seite der Bahn erfolgt, die an der Walze anliegt.Preferably, the roller is rotated at a peripheral speed which is greater than the running speed of the web. This ensures that in fact a friction smoothing takes place on the side of the web which bears against the roller.

Die Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Walze eine erste Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung und der Mantel eine zweite Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtung aufweist, wobei beide Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtungen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel erzeugen und der Mantel gegenüber der Bahn einen mindestens um den Faktor 1,5 größeren Reibungskoeffizienten als die Walze gegenüber der Bahn aufweist.The object is achieved in a calender of the type mentioned above in that the roller is a first Speed influencing device and the jacket has a second speed-influencing device, wherein both speed-influencing devices generate different circumferential speeds of roller and jacket and the jacket relative to the web has at least a factor of 1.5 greater coefficient of friction than the roller relative to the web.

Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt, hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß man die Bahn im Breitnip mit wesentlich geringeren Druckspannungen beaufschlagt, als in einem normalen Nip, der zwischen zwei Walzen ausgebildet ist. Die Verminderung der Druckspannung wird aber ausgeglichen durch die vergrö-ßerte Verweilzeit der Bahn im Breitnip, die durch eine größere Erstreckung des Breitnips in Umfangsrichtung gegeben ist. Zusätzlich kommt hinzu, daß man durch die unterschiedlichen Umfangs- oder Umlaufgeschwindigkeiten von Walze und Mantel eine Reibungs- oder Friktionsglättung an der Bahn bewirkt. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten werden durch die Geschwindigkeitsbeeinflussungseinrichtungen realisiert, die sowohl als Antrieb als auch als Bremse ausgebildet sein können. Die Steuerung der Geschwindigkeiten von Mantel und Walze ist auf diese Weise relativ einfach zu realisieren. Da der Mantel gegenüber der Bahn einen größeren Reibungskoeffizienten als die Walze gegenüber der Bahn aufweist, hat dies zur Folge, daß bei einem Unterschied in den Umfangsgeschwindigkeiten von Walze und Mantel sich eher die Walze relativ zur Bahn bewegt als der Mantel relativ zur Bahn. Da die Walze in der Regel die glattere Oberfläche aufweist, führt dies dann zu einer verbesserten Reibungsglättung.As stated above in connection with the method, this embodiment has the advantage that the web is subjected to substantially lower compressive stresses in the nip than in a normal nip formed between two rollers. The reduction of the compressive stress is compensated by the increased residence time of the web in the nip, which is given by a larger extension of the broad nip in the circumferential direction. In addition, it is added that causes friction or friction smoothing of the web by the different peripheral or rotational speeds of roller and mantle. The different speeds are realized by the speed influencing devices, which can be designed both as a drive and as a brake. The control of the speeds of the shell and roller is relatively easy to implement in this way. Since the shell has a greater coefficient of friction than the roller against the web with respect to the web, this has the consequence that, with a difference in the circumferential speeds of the roller and the shell, the roller moves relative to the web rather than the jacket relative to the train. Since the roller usually has the smoother surface, this then leads to improved friction smoothing.

Vorzugsweise ist die Walze beheizt. Über eine beheizte Walze läßt sich Wärme in die Bahn im Breitnip eintragen, was den Glättungsprozeß weiter fördert.Preferably, the roller is heated. Heat can be introduced into the web in the nip via a heated roller, which further promotes the smoothing process.

Bevorzugterweise weist der Mantel eine Bremse auf. Die Walze kann stattdessen angetrieben werden. Da ein zusätzlicher Antrieb in der Regel durch die Bahn, die durch den Breitnip läuft, gegeben ist, ist die Bremse am Mantel eine relativ einfache Möglichkeit, um die Geschwindigkeit des Mantels anders einzurichten als die Geschwindigkeit der Walze.Preferably, the jacket has a brake. The roller can be driven instead. Since additional drive is typically provided by the web passing through the nip, the brake on the shell is a relatively simple way to set the speed of the shell other than the speed of the roller.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt die

einzige Fig.:: eine schematische Ansicht eines Kalanders zum Glätten einer Faserstoffbahn.

The invention will be described below with reference to a preferred embodiment in conjunction with the drawings. Herein shows the

only Fig .:: a schematic view of a calender for smoothing a fibrous web.

Ein Kalander 1 zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn 2, die im folgenden kurz "Bahn" genannt wird, ist ähnlich aufgebaut wie ein 2-Walzen-Kalander. Der Kalander 1 weist eine Walze 3 auf, die eine harte, glatte Oberfläche aufweist, beispielsweise eine polierte Stahlwalze.A calender 1 for smoothing a paper or board web 2, hereinafter referred to as "web" for short, has a similar structure to a 2-roll calender. The calender 1 has a roller 3 which has a hard, smooth surface, for example a polished steel roller.

Die Walze 3 wirkt allerdings nicht mit einer zweiten Walze zusammen, sondern mit einem Mantel 4, der unter der Wirkung eines Stützschuhs 5 über einen vorbestimmten Umfangsbereich an die Oberfläche der Walze 3 angedrückt wird. Der Stützschuh 5 weist eine Andruckfläche 6 auf, deren Krümmung der Krümmung der Walze 3 angepaßt ist. Die Andruckfläche 6 ist geschmiert, beispielsweise durch eine hydrostatische Schmierung, so daß der Mantel 4 reibungsarm über den Stützschuh 5 gleiten kann. Der Mantel 4 ist hierbei so flexibel und nachgiebig, daß er von der normalerweise über seinen Umfang vorherrschenden konvexen Form im Bereich des Stützschuhs 5 eine konkave Form annehmen kann. Der Mantel 4 ist in der Regel aus einem Kunststoff gebildet.However, the roller 3 does not cooperate with a second roller, but with a jacket 4 which is pressed against the surface of the roller 3 over the action of a support shoe 5 over a predetermined peripheral area. The support shoe 5 has a pressure surface 6, the curvature of the curvature of the roller 3 is adapted. The pressure surface 6 is lubricated, for example, by a hydrostatic lubrication, so that the jacket 4 can slide smoothly on the support shoe 5. The jacket 4 is in this case so flexible and yielding that it can assume a concave shape of the usually prevailing over its circumference convex shape in the region of the support shoe 5. The jacket 4 is usually formed from a plastic.

Der Mantel 4 ist über Stützrollen 7, 8, 9 geführt, so daß die Umfangsfläche des Mantels 4 einen Umlauf praktisch in der Art wie die Umfangsfläche einer Walze beschreibt.The jacket 4 is guided over support rollers 7, 8, 9, so that the peripheral surface of the shell 4 describes a circulation practically in the manner of the peripheral surface of a roller.

Zwischen dem Mantel 4 und der Walze 3 ist ein Nip 10, ein sogenannter Breitnip ausgebildet, den die Bahn 2 in Richtung eines Pfeiles 11 durchläuft. Dabei wird mit Hilfe des Stützschuhes 5 ein Druck im Breitnip 10 erzeugt, der dann natürlich auch auf die Bahn 2 wirkt. Da die Bahn an der glatten Oberfläche der Walze 3 anliegt, wird insbesondere diese Seite geglättet, indem sich die Glätte der Oberfläche der Walze 3 auf die Oberfläche der Bahn 2 einprägt.Between the shell 4 and the roller 3, a nip 10, a so-called broad nip is formed, which the web 2 passes in the direction of an arrow 11. In this case, a pressure in the extended nip 10 is generated by means of the support shoe 5, which then of course also acts on the web 2. Since the web rests on the smooth surface of the roller 3, in particular this side is smoothed by the smoothness of the surface of the roller 3 is impressed on the surface of the web 2.

Unterstützt wird der Glättprozeß noch durch eine Heizeinrichtung 12, die auf die Walze 3 wirkt. Die Heizeinrichtung ist hier als von außen auf die Walze 3 wirkende Heizeinrichtung dargestellt. Diese Heizeinrichtung 12 kann beispielsweise induktiv, mit Infrarot-Strahlen, mit heißer Luft oder auf andere Weise von außen auf die Walze 3 wirken. Anstelle dieser Heizeinrichtung 12 oder zusätzlich zu einer derartigen Heizeinrichtung 12 ist es auch möglich, der Walze 3 ein Wärmeträgermedium zuzuführen, beispielsweise durch periphere Bohrungen, die in der Nähe des Außendurchmessers der Walze 3 angeordnet sind. Die Walze 3 ist also eine beheizte Walze, die im Breitnip 10 Wärme an die durchlaufende Bahn 2 abgeben kann.The smoothing process is also supported by a heating device 12, which acts on the roller 3. The heater is shown here as acting on the outside of the roller 3 heater. This heater 12 may act, for example, inductively, with infrared rays, with hot air or otherwise from the outside to the roller 3. Instead of this heating device 12 or in addition to such a heating device 12, it is also possible to supply the roller 3 with a heat transfer medium, for example by peripheral bores, which are arranged in the vicinity of the outer diameter of the roller 3. The roller 3 is thus a heated roller, which can deliver heat to the continuous web 2 in the extended nip 10.

Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, die die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 3 einerseits und die Umfangsgeschwindigkeit des Mantels 4 andererseits steuert. Dabei wirkt die Steuereinrichtung 13 auf einen Antrieb 14 der Walze 3 und auf eine Bremse 15, mit der eine der Stützrollen 7-9, vorzugsweise die dem Breitnip 10 in Zulaufrichtung am nächsten benachbarte Stützrolle 9 gebremst wird. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Walze 3 eine höhere Umlaufgeschwindigkeit erhält als der Mantel 4. Die Geschwindigkeitsunterschiede können durchaus erheblich sein. Beispielsweise kann sich die Walze 3 so drehen, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit dreimal höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Mantels 4.In addition, a control device 13 is provided, which controls the peripheral speed of the roller 3 on the one hand and the peripheral speed of the shell 4 on the other hand. In this case, the control device 13 acts on a drive 14 of the roller 3 and on a brake 15, with which one of the support rollers 7-9, preferably the wide nip 10 in the feed direction closest adjacent support roller 9 is braked. In this way it is possible that the roller 3 receives a higher circulation speed than the jacket 4. The speed differences can be quite considerable. For example, the roller 3 may rotate so that its peripheral speed is three times higher than the peripheral speed of the shell 4.

Die Walze 3 dreht sich auch mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Bahn 2. Zusätzlich ist vorgesehen, daß der Mantel 4 gegenüber der Bahn einen größeren Reibungskoeffizienten aufweist als die Walze 3 gegenüber der Bahn 2. Diese Maßnahmen zusammen stellen sicher, daß sich die Walze 3 gegenüber der Bahn 2 dreht und nicht der Mantel 4 gegenüber der Bahn 2. Auf diese Weise entsteht eine Reibung zwischen der Walze 3 und der Bahn 2, die zu einer Friktionsglättung führt, d.h. die ohnehin schon glatte Oberfläche der Walze 3 führt zu einer noch besseren Glätte in der Oberfläche der Bahn 2 dadurch, daß die Oberfläche der Walze 3 mit einem Schlupf über die Oberfläche der Bahn 2 geführt wird.The roll 3 also rotates at a higher peripheral speed than the speed of the web 2. In addition, it is provided that the jacket 4 has a greater coefficient of friction with respect to the web than does the roll 3 with respect to the web 2. These measures together make sure that the Roller 3 with respect to the web 2 rotates and not the jacket 4 with respect to the web 2. In this way creates a friction between the roller 3 and the web 2, which leads to a friction smoothing, ie the already smooth surface of the roller 3 leads to an even better smoothness in the surface of the web 2 in that the surface of the roller 3 is guided with a slip over the surface of the web 2.

Aufgrund der relativ langen Verweilzeit der Bahn 2 im Breitnip kann man die Druckspannung im Breitnip 10 niedrig halten. Dies schont das Volumen der Bahn 2. Gleichzeitig verlängert sich die Einwirkzeit der Walze 3. Dies kann man umgekehrt ausnutzen, um die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn 2 durch den Breitnip 10 zu steigern. Man kann also durchaus noch hervorragende Glättewerte erzielen, auch wenn man die Geschwindigkeit der Bahn 2 in nennenswertem Maße steigert.Due to the relatively long residence time of the web 2 in the nip you can keep the compressive stress in the extended nip 10 low. This protects the volume of the web 2. At the same time, the contact time of the roller 3 is extended. This can be reversed to increase the speed of passage of the web 2 through the extended nip 10. So you can still achieve excellent smoothness, even if you increase the speed of the orbit 2 to a significant extent.

Claims

Process for smoothing a fibrous web (2), in particular a paper or board web, in which the web is led through an extended nip (10), which is formed between a roll (3) and a revolving shell (4) pressed against the roll (3) by a supporting shoe (5), characterized in that the roll (3) is driven at a circumferential speed which differs from the circumferential speed of the shell (4), and the shell (4) is chosen from a material whose coefficient of friction with respect to the web (2) is higher by at least the factor 1.5 than the coefficient of friction of the web (2) with respect to the surface of the roll (3).
Process according to Claim 1, characterized in that the roll (3) is rotated at a higher circumferential speed than the shell (4).
Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the roll (3) is heated.
Process according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the roll (3) is rotated at a circumferential speed which is higher than the running speed of the web (2).
Calender (1) for smoothing a fibrous web (2), in particular a paper or board web, having an extended nip which is formed between a roll (3) and a revolving shell (4) pressed against the roll (3) by a supporting shoe (5), characterized in that the roll (3) has a first speed-influencing device (14) and the shell (4) has a second speed-influencing device (15), the two speed-influencing devices (14, 15) producing different circumferential speeds of roll (3) and shell (4), and the shell (4) having a coefficient of friction with respect to the web (2) that is higher by at least the factor 1.5 than the roll (3) with respect to the web (2).
Calender according to Claim 5, characterized in that the roll (3) is heated.
Calender according to Claim 5 or 6, characterized in that the shell (4) has a brake (15).