EP1512788B1 - Maschine zur Herstellung und /oder Behandlung einer Materialbahn - Google Patents

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EP1512788B1
EP1512788B1 EP04002087A EP04002087A EP1512788B1 EP 1512788 B1 EP1512788 B1 EP 1512788B1 EP 04002087 A EP04002087 A EP 04002087A EP 04002087 A EP04002087 A EP 04002087A EP 1512788 B1 EP1512788 B1 EP 1512788B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roll
machine
accordance
cooling
pressing
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
EP04002087A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1512788A1 (de
Inventor
Ralf Beckers
Josef Schneid
Jochen Autrata
Christian Löffler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1512788A1 publication Critical patent/EP1512788A1/de
Application granted granted Critical
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper

Definitions

  • the invention relates to a machine for producing and / or treating a material web, in particular paper or board web, with at least one cooling roller over which the material web is guided.
  • a chill roll is required to reduce the temperature of a paper web coming out of the dryer section to the point where it can be rolled up without the risk of the coil being burst. If a web is wound up too hot and the individual layers then shrink to the extent that the winding cools from the outside to the inside, the resulting relative movements lead to cracks in the web, which cause the winding can not be further processed.
  • an air film or a so-called air boundary layer between the chill roll and the material web is drawn by the moving web and the rotating chill roll.
  • the retracted air boundary layer can now but significantly reduce the cooling capacity of the cooling roller. In order to fully exploit the performance of the cooling roller, it must therefore be prevented as far as possible that air is drawn in between the cooling roller and the material web.
  • the invention has for its object to provide an improved machine of the type mentioned, in which the aforementioned problems are eliminated.
  • a possible collection of an air boundary layer in the inlet gusset between the cooling roller and material web is to be reduced to a minimum in order to maximize the optimum To achieve heat transfer between the web and the cooling roller.
  • the accumulating on the cooling roll material web in the region of the contact point by a pressure roller whose deflection corresponds at least substantially to the deflection of the cooling roller can be pressed against the cooling roller.
  • the deflection of the pressure roller preferably corresponds at least essentially to the deflection of the cooling roller on the vertex line which is common to the cooling roller.
  • the deflection lines of the two rolls are thus brought in the nip direction to cover, the deflection of the cooling roller of course, from their own weight and the forces acting on them (train, etc.) results. Due to this design, the entry of an air boundary layer between the cooling roller and the material web is reduced to a minimum and thus increases the heat transfer from the web to the cooling roller.
  • the deflection of the pressure roller is preferably adjustable, so that a problem-free adaptation to the respective natural deflection of the cooling roller is possible. Under a natural deflection of the chill roll is here to be understood in practical use resulting actual deflection of the chill roll.
  • the pressure roller is rubberized.
  • the pressure roller with defined, in particular adjustable force against the cooling roller can be pressed.
  • the pressure roller may in particular be mounted on levers and be pressed by these levers against the cooling roller.
  • the pressure roller is pneumatically and / or hydraulically pressed against the cooling roller.
  • both the cooling roll and the pressure roll can each be driven. However, it may also be driven only the cooling roller or only the pressure roller. In principle, such embodiments are conceivable in which none of these two rolls is aborted.
  • the pressure roller must build as small as possible in order to minimize the space required accordingly, and as possible without vibration and work as possible without deflection due to its own weight and pressure.
  • the pressure roller is preferably segmented viewed in the direction of the roll axis.
  • a segmented pressure roller may comprise a plurality of rotatable roller bodies following one another in the direction of the roller axis.
  • it comprises a fixed axle, on which the rotatable roller bodies are mounted and on which they are rotatably mounted.
  • Such a segmented roller has the following advantages over a standard journal-mounted tubular body pressure roller, among others:
  • the pressure roller can now be built so that it does not fall within the natural frequency range of high speeds. It has an ideal small design, since only the axis natural frequency is below the operating frequency.
  • the roller segments are in the safe range above the operating frequency due to their short bearing distance. This ensures that the rotating components of the pressure roller can not get into bending natural vibrations, since they do not have to drive through their natural frequency. When starting up the roller is driven by the natural frequency of the axis.
  • the axle can be pre-bent so that the roll deflection due to the dead weight and the pressure force can be canceled by the pre-bend.
  • the pressure roller has a flexible roller shell which is mounted multiply along the roller axis.
  • the flexible roll shell is mounted multiple times on a fixed axis.
  • a segmented roller with a fixed axis it is thus also possible in particular to use a roller with a flexible roller body extending over the entire roller surface which is stored several times on a fixed axis.
  • the fixed axis can for example be pre-bent again.
  • the cooling roller with associated pressure roller can be provided, for example, following a drying section and / or in front of a winding device.
  • the pressure roller can be designed as a cambered roller. If the deflection of the chill roll is always constant, then the so-called squeezing effect can also be achieved by cambering the pressure roll accordingly.
  • the pressure roller is designed as a bending compensating roller.
  • the use of such a bending compensating roller instead of a fixed cambered pressure roller is conceivable, for example, in such a case that the deflection of the cooling roller changes due to the operation.
  • the pressure roller provided with a set arc is rotatable so that the deflection lines of this pressure roller and the cooling roller can be brought to cover. If you want to bring the deflection lines of the cooling roller and the pressure roller to cover, so you can also proceed as follows: Turn the pressure roller with its set sheet until the bending lines of both rollers match.
  • the temperature of the cooling roller can preferably be increased prior to a respective re-introduction of the material web onto the cooling roller.
  • the temperature of the cooling roller can be increased simultaneously with the pivoting away of the Anticianwlaze.
  • the pivoting away of the pressure roller and optionally increasing the temperature of the cooling roller can be triggered in particular by a respective web break.
  • the pressure roller can only be re-applied to the cooling roller or pressed against it, when the material web listed and the temperature of the cooling roller is brought back to the lower operating temperature.
  • the pressure roller is preferably pivoted away from the cooling roller and the temperature of the cooling roller is increased beyond the operating temperature.
  • the pressure roller is not re-applied to the chill roll until the web is listed and the chill roller returned to the lower operating temperature. This ensures that, on the one hand, the cooling roll does not have any condensation water on the surface during the feeding of the material web, and on the other hand, the web does not have to be cooled together with the cooling roll after being put on.
  • the preferably correspondingly pivotable pressure roller may for example be associated with a cooling roller arranged behind a calender stack or a calender section.
  • a cooling roller arranged behind a calender stack or a calender section.
  • FIG. 1 shows, in a schematic partial representation, a machine 10 for producing and / or treating a material web 12, which may in particular be a paper or board web.
  • the machine 10 comprises at least one cooling roller 14, over which the material web 12 is guided in order, for example, to be correspondingly cooled before being wound up in a winding device 16.
  • the Cooling roller 14 may be provided, for example, following a drying section 18.
  • the material web 12 running onto the cooling roll 14 is in the region of the contact point 20 by a pressure roller 22, i. a roll of predetermined or predeterminable curvature, can be pressed against the cooling roll 14.
  • the curvature or deflection of this pressure roller 22 is selected so that it corresponds at least substantially to the natural deflection of the cooling roller 14.
  • the deflection of the pressure roller 22 on the common to the cooling roller 14 apex line corresponds at least substantially to the deflection of the cooling roller fourteenth
  • the deflection of the pressure roller 22 may in particular be adjustable, whereby a trouble adapting to the respective deflection of the cooling roller 14 is made possible.
  • the pressure roller 22 may also be rubberized.
  • the pressure roller 22 is mounted on levers 24 and pressed by these levers 24 against the cooling roller 14. It can, for example, be pressed pneumatically and / or hydraulically against the cooling roller.
  • pressure rollers 26 acting on the levers 24 are provided in order to press the pressure roller 22 against the cooling roller 14.
  • both the cooling roller 14 and the pressure roller 22 can each be driven. However, only the cooling roller 14 or only the pressure roller 22 may be driven. In principle, such embodiments are conceivable in which none of these two rollers is driven.
  • the pressure roller 22 should build as small as possible to minimize space requirements while vibration free as possible without bending due to its own weight and pressure.
  • the pressure roller 22 is segmented viewed in the embodiment shown in the Figure 2 embodiment in the direction of the roll axis.
  • the segmented pressure roller 22 comprises a plurality of rotatable roller bodies or segments 28 following one another in the direction of the roller axis, which are mounted on a stationary axle 30 and rotatably mounted on the latter by means of a respective bearing 32.
  • a segmented roller brings, inter alia, the following advantages:
  • the roller has an ideal small design, since only the axial natural frequency is below the operating frequency, and the natural frequencies of the roll body or segments are due to their short storage distance in safe area above the operating frequency.
  • the rotating components of the pressure roller can therefore not get into bending natural vibration, since they do not have to drive through their natural frequency.
  • raising the pressure roller is driven by the natural frequency of the axis, but this has a very high internal damping due to their high mass.
  • the fixed axis 30 may be pre-bent.
  • pre-bending for example, the deflection of the roller can be lifted by its own weight and pressure force.
  • a rubber covering 34 is provided throughout over the entire roll surface.
  • the fixed axis 30 is mounted at its two ends via a respective bearing 36 on a stand, frame and / or the like.
  • a pressure roller with a extending over the entire roll surface flexible roller body can be used, which is mounted multiple times on a fixed axis.
  • the preferably re-segmented pressure roller 22 is provided with a set arc of the sheet height 38 and, as indicated by the arrow 40, rotatable so that the deflection lines of this pressure roller 22 and the cooling roller 14 can be brought to cover.
  • this embodiment has at least substantially the same structure as that of Figure 1, wherein corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • such a configuration is also conceivable in which the pressure roller 22 can be pivoted away from the cooling roller 14 before and during a respective re-introduction of the material web 12 onto the cooling roller 14 and, moreover, the temperature of the cooling roller 14 can be raised beyond the operating temperature. In this case, the temperature of the cooling roller 14 can be increased in particular simultaneously with the pivoting away of the pressure roller 22.
  • the pivoting away of the pressure roller 22 and the raising of the temperature of the cooling roller 14 can be triggered in particular by a respective web break.
  • the pressure roller 22 can only be re-applied to the cooling roller 14 or against this angeückbar when the web 12 listed and the temperature of the cooling roller 14 is brought back to the lower operating temperature.
  • the preferably correspondingly pivotable pressure roller 22 may for example also be assigned to a cooling roller 14 arranged behind a calender stack or calender section. If, for example, a Janus calender with two calender stacks or with two calender sections arranged in a calender stack is provided, a respective cooling roller 14 can be arranged behind each calender stack or after each calender section, to which a preferably pivotable pressure roller 22 is assigned.
  • a machine with a Janus calender comprising two cooling rolls 14 is conceivable in which in each case such a cooling roll 14 with associated pressure roll 22 is arranged behind each calender stack or calender section.
  • the cooling rollers 14 are again used, in particular, to cool down the paper as far as possible and to minimize the evaporation of the paper web.
  • the material web 12 is pressed over the respective pressure roller 22 against the respective cooling roller 14.
  • each chill roll 14 during production as well as during the threading process will be described.
  • the cooling rolls 14 are driven with a flow temperature of 32 ° C (or possibly lower), so that sets a surface temperature of the respective cooling roller 14, which is below the above dew point.
  • the associated pressure roller 22 is always pressed in this phase against the respective cooling roller 14.
  • the resulting on the surface of the cooling roller 14 condensate is taken through the material or paper web 12.
  • the edge area (cones, end faces and sheath edge area up to, for example, 50 mm into the paper web) is isolated in such a way that the surface temperature is 20 K higher than the cooled surface of the chill roller 14 this insulation is insufficient, the front sides of the chill roll are ventilated with hot air from the calendering.
  • the respective pressure roller 22 is immediately pivoted away from the respective cooling roller 14 (signal "rapid cutting"), and at the same time the cooling roller 14 including the cooling circuit is lowered to e.g. Heated to 45 ° C.
  • the time is available to prepare for the Aufzhouvorgangs. This time is for example between 4 to 5 minutes, which corresponds to an average heating gradient of at least 3.25 K / min.
  • the cooling roller 14 is cooled with the entire cooling circuit back to the production temperature of, for example, 32 ° C (signal "run web").
  • the time is available for Brubreitfahren and closing the calender. This time is for example about 2 minutes, which corresponds to an average cooling gradient of 6.5 K / min.
  • the cooling unit thus does not have to apply cooling to cool the paper web, for example, from 45 to 32 ° C., since the respective pressure roller 22 does not press the paper onto the relevant cooling roller 18 during this process and the paper web thus does not has direct contact with the cooling roller. So there is no energy from the paper on the chill roll 14 over.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Supply, Installation And Extraction Of Printed Sheets Or Plates (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mit wenigstens einer Kühlwalze, über die die Materialbahn geführt ist.
  • Eine solche Maschine ist aus der DE-A-198 26 063 bekannt.
  • Eine Kühlwalze ist beispielsweise erforderlich, um die Temperatur einer aus der Trockenpartie kommenden Papierbahn soweit herabzusetzen, dass sie aufgerollt werden kann, ohne dass die Gefahr eines Platzens des Wickels besteht. Wird eine Bahn zu heiß aufgewickelt und schrumpfen die einzelnen Lagen dann in dem Maß, in dem der Wickel sich von außen nach innen abkühlt, so führen die resultierenden Relativbewegungen zu Rissen in der Bahn, die bewirken, dass der Wickel nicht weiterverarbeitet werden kann. Insbesondere bei höheren Betriebsgeschwindigkeiten, mit denen moderne Papiermaschinen betrieben werden, wird durch die laufende Materialbahn und die rotierende Kühlwalze ein Luftfilm bzw. eine so genannte Luftgrenzschicht zwischen die Kühlwalze und die Materialbahn eingezogen. Die eingezogene Luftgrenzschicht kann nun aber die Kühlleistung der Kühlwalze deutlich vermindern. Um die Leistung der Kühlwalze voll ausnutzen zu können, muss also möglichst verhindert werden, dass Luft zwischen die Kühlwalze und die Materialbahn eingezogen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind. Dabei soll insbesondere ein möglicher Einzug einer Luftgrenzschicht in den Einlaufzwickel zwischen Kühlwalze und Materialbahn auf ein Minimum reduziert werden, um einen möglichst optimalen Wärmeübergang zwischen der Materialbahn und der Kühlwalze zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die auf die Kühlwalze auflaufende Materialbahn im Bereich der Auflaufstelle durch eine Andruckwalze, deren Durchbiegung zumindest im wesentlichen der Durchbiegung der Kühlwalze entspricht, an die Kühlwalze andrückbar ist. Dabei entspricht die Durchbiegung der Andruckwalze bevorzugt auf der mit der Kühlwalze gemeinsamen Scheitellinie zumindest im wesentlichen der Durchbiegung der Kühlwalze.
  • Die Durchbiegungslinien der beiden Walzen werden also in Niprichtung zur Deckung gebracht, wobei die Durchbiegung der Kühlwalze natürlich aus ihrem Eigengewicht und den auf sie einwirkenden Betriebskräften (Zug etc.) resultiert. Aufgrund dieser Ausbildung wird der Einzug einer Luftgrenzschicht zwischen die Kühlwalze und die Materialbahn auf ein Minimum reduziert und damit der Wärmeübergang von der Materialbahn zur Kühlwalze gesteigert.
  • Die Durchbiegung der Andruckwalze ist vorzugsweise einstellbar, so dass eine problemlose Anpassung an die jeweilige natürliche Durchbiegung der Kühlwalze möglich ist. Unter einer natürlichen Durchbiegung der Kühlwalze ist hier die sich im praktischen Einsatz ergebende tatsächliche Durchbiegung dieser Kühlwalze zu verstehen.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist die Andruckwalze gummiert.
  • Vorteilhafterweise ist die Andruckwalze mit definierter, insbesondere einstellbarer Kraft gegen die Kühlwalze drückbar.
  • Die Andruckwalze kann insbesondere auf Hebeln gelagert und über diese Hebel gegen die Kühlwalze drückbar sein.
  • Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform ist die Andruckwalze pneumatisch und/oder hydraulisch gegen die Kühlwalze drückbar. So können beispielsweise auf die Hebel wirkende Andruckzylinder vorgesehen sein, um die Andruckwalze gegen die Kühlwalze zu drücken.
  • Um Relativbewegungen zwischen der Materialbahn und den Walzen auszuschließen, kann gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine sowohl die Kühlwalze als auch die Andruckwalze jeweils angetrieben sein. Es kann jedoch auch nur die Kühlwalze oder nur die Andruckwalze angetrieben sein. Grundsätzlich sind auch solche Ausführungen denkbar, bei denen keine dieser beiden Walzen abgetrieben ist.
  • Die Andruckwalze muss möglichst klein bauen, um den Platzbedarf entsprechend zu minimieren, und dabei möglichst schwingungsfrei und möglichst ohne Durchbiegung infolge Eigengewicht und Andruckkraft arbeiten.
  • Dazu ist die Andruckwalze in Richtung der Walzenachse betrachtet vorzugsweise segmentiert. Dabei kann eine solche segmentierte Andruckwalze mehrere in Richtung der Walzenachse aufeinander folgende drehbare Walzenkörper umfassen. Zweckmäßigerweise umfasst sie ein feststehende Achse, auf die die drehbaren Walzenkörper aufgesetzt und auf der diese drehbar gelagert sind.
  • Eine solche segmentierte Walze bringt gegenüber einer normalen zapfengelagerten Rohrkörper-Andruckwalze unter anderem die folgenden Vorteile:
  • Die Andruckwalze kann nunmehr so gebaut werden, dass sie nicht in den Eigenfrequenzbereich hoher Drehzahlen fällt. Sie hat eine ideale kleine Bauform, da nur die Achseneigenfrequenz unterhalb der Betriebsfrequenz liegt. Die Walzensegmente liegen aufgrund ihrer kurzen Lagerentfernung im sicheren Bereich oberhalb der Betriebsfrequenz. Damit wird erreicht, dass die rotierenden Bauteile der Andruckwalze nicht in Biegeeigenschwingungen geraten können, da sie nicht durch ihre Eigenfrequenz fahren müssen. Beim Hochfahren der Walze wird durch die Eigenfrequenz der Achse hindurch gefahren.
  • Zudem kann den bei den immer breiter werdenden Maschinen zwangsläufig größeren Durchbiegungen der Kühlwalze nunmehr problemlos Rechnung getragen werden.
  • Die Achse kann vorgebogen werden, so dass die Walzendurchbiegung infolge des Eigengewichts und der Andruckkraft durch die Vorbiegung aufgehoben werden kann.
  • Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine besitzt die Andruckwalze einen entlang der Walzenachse mehrfach gelagerten flexiblen Walzenmantel. Zweckmäßigerweise ist der flexible Walzenmantel auf einer feststehenden Achse mehrfach gelagert.
  • Alternativ zu beispielsweise einer segmentierten Walze mit feststehender Achse kann also insbesondere auch eine Walze mit einem sich über die gesamte Walzenoberfläche erstreckenden flexiblen Walzenkörper eingesetzt werden, der auf einer feststehenden Achse mehrfach gelagert ist. Die feststehende Achse kann beispielsweise wieder vorgebogen sein.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Kühlwalze mit zugeordneter Andruckwalze beispielsweise im Anschluss an eine Trockenpartie und/oder vor einer Aufwickelvorrichtung vorgesehen sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine kann die Andruckwalze als bombierte Walze ausgeführt sein. Ist die Durchbiegung der Kühlwalze stets konstant, so lässt sich der so genannte Abquetsch-Effekt nämlich auch dadurch erzielen, dass man die Andruckwalze entsprechend bombiert.
  • In bestimmten Fällen kann es auch von Vorteil sein, wenn die Andruckwalze als Biegeausgleichswalze ausgeführt ist. Der Einsatz einer solchen Biegeausgleichswalze anstelle einer fix bombierten Andruckwalze ist beispielsweise in einem solchen Fall denkbar, dass sich die Durchbiegung der Kühlwalze betriebsbedingt ändert.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist die mit einem eingestellten Bogen versehene Andruckwalze so drehbar, dass die Durchbiegungslinien dieser Andruckwalze und der Kühlwalze zur Deckung bringbar sind. Will man die Durchbiegungslinien der Kühlwalze und der Andruckwalze zur Deckung bringen, so kann man also auch wie folgt verfahren: Man dreht die Andruckwalze mit ihrem eingestellten Bogen solange, bis die Biegelinien beider Walzen übereinstimmen.
  • Von besonderem Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Andruckwalze vor einem jeweiligen Neuaufführen der Materialbahn auf die Kühlwalze von der Kühlwalze wegschwenkbar ist. Dabei ist vor einem jeweiligen Neuaufführen der Materialbahn auf die Kühlwalze bevorzugt auch die Temperatur der Kühlwalze erhöhbar. Zweckmäßigerweise ist die Temperatur der Kühlwalze gleichzeitig mit dem Wegschwenken der Andruckwlaze erhöhbar.
  • Das Wegschwenken der Andruckwalze und gegebenenfalls das Erhöhen der Temperatur der Kühlwalze kann insbesondere durch einen jeweiligen Bahnabriss auslösbar sein.
  • Bevorzugt ist die Andruckwalze erst dann wieder an die Kühlwalze anlegbar bzw. gegen diese andrückbar, wenn die Materialbahn aufgeführt und die Temperatur der Kühlwalze wieder auf die niedrigere Betriebstemperatur gebracht ist.
  • Vor bzw. während des Neuaufführens der Material- oder Papierbahn wird bevorzugt also die Andruckwalze von der Kühlwalze weggeschwenkt und die Temperatur der Kühlwalze über die Betriebstemperatur hinaus erhöht. Die Andruckwalze wird erst dann wieder an die Kühlwalze angelegt, wenn die Materialbahn aufgeführt und die Kühlwalze auf die niedrigere Betriebstemperatur zurückgebracht ist. Dadurch wird gewährleistet, dass zum einen die Kühlwalze beim Aufführen der Materialbahn kein Kondensationswasser an der Oberfläche aufweist und zum anderen die Bahn nach dem Aufführen nicht gemeinsam mit der Kühlwalze abgekühlt werden muss.
  • Die vorzugsweise entsprechend verschwenkbare Andruckwalze kann beispielsweise einer hinter einem Kalanderstack oder einem Kalanderabschnitt angeordneten Kühlwalze zugeordnet sein. Ist beispielsweise ein Janus-Kalander mit zwei Kalanderstacks oder mit zwei in einem Kalanderstack angeordneten Kalanderabschnitten vorgesehen, so kann hinter jedem Kalanderstack bzw. nach jedem Kalanderabschnitt jeweils eine Kühlwalze angeordnet sein, der eine vorzugsweise verschwenkbare Andruckwalze zugeordnet ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Teildarstellung einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn mit einer Kühlwalze, über die die Materialbahn geführt und an die die Materialbahn mittels einer Andruckwalze andrückbar ist,
    Figur 2
    eine schematische Seitenansicht der in der Figur 1 dargestellten Andruckwalze und
    Figur 3
    eine schematische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform der Maschine, bei der die mit einem eingestellten Bogen versehene Andruckwalze so drehbar ist, dass die Durchbiegungslinien dieser Andruckwalze und der Kühlwalze zur Deckung bringbar sind.
  • Figur 1 zeigt in schematischer Teildarstellung eine Maschine 10 zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn 12, bei der es sich insbesondere um eine Papier- oder Kartonbahn handeln kann.
  • Die Maschine 10 umfasst wenigstens eine Kühlwalze 14, über die die Materialbahn 12 geführt ist, um beispielsweise vor dem Aufwickeln in einer Aufwickelvorrichtung 16 entsprechend abgekühlt zu werden. Die Kühlwalze 14 kann beispielsweise im Anschluss an eine Trockenpartie 18 vorgesehen sein.
  • Wie anhand der Figur 1 zu erkennen ist, ist die auf die Kühlwalze 14 auflaufende Materialbahn 12 im Bereich der Auflaufstelle 20 durch eine Andruckwalze 22, d.h. eine Walze vorgegebener bzw. vorgebbarer Krümmung, an die Kühlwalze 14 andrückbar. Dabei ist die Krümmung oder Durchbiegung dieser Andruckwalze 22 so gewählt, dass sie zumindest im Wesentlichen der natürlichen Durchbiegung der Kühlwalze 14 entspricht. Bevorzugt entspricht die Durchbiegung der Andruckwalze 22 auf der mit der Kühlwalze 14 gemeinsamen Scheitellinie zumindest im wesentlichen der Durchbiegung der Kühlwalze 14.
  • Die Durchbiegung der Andruckwalze 22 kann insbesondere einstellbar sein, wodurch ein problemloses Anpassen an die jeweilige Durchbiegung der Kühlwalze 14 ermöglicht wird.
  • Die Andruckwalze 22 kann zudem gummiert sein.
  • Sie ist zweckmäßigerweise mit definierter, insbesondere einstellbarer Kraft gegen die Kühlwalze 14 drückbar.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Andruckwalze 22 auf Hebeln 24 gelagert und über diese Hebel 24 gegen die Kühlwalze 14 drückbar. Sie kann beispielsweise pneumatisch und/oder hydraulisch gegen die Kühlwalze drückbar sein. Im vorliegenden Fall sind beispielsweise auf die Hebel 24 wirkende Andruckzylinder 26 vorgesehen, um die Andruckwalze 22 gegen die Kühlwalze 14 zu drücken.
  • Mit einer entsprechenden Betätigung der Andruckzylinder 26 wird die Andruckwalze 22 also gegen die Kühlwalze 14 gepresst, wodurch die Luftschicht im Bereich der Auflaufstelle 30 abgedrückt wird. Es ist also praktisch ausgeschlossen, dass Luft zwischen die Kühlwalze 14 und die Materialbahn 12 gelangt, wodurch der Wärmeübergang zwischen der Materialbahn 12 und der Kühlwalze 14 optimiert und die Leistung der Kühlwalze 14 voll ausgenutzt wird.
  • Um Relativbewegungen zwischen der Materialbahn 12 und den Walzen 14 auszuschließen, können sowohl die Kühlwalze 14 als auch die Andruckwalze 22 jeweils angetrieben sein. Es kann jedoch auch nur die Kühlwalze 14 oder nur die Andruckwalze 22 angetrieben sein. Grundsätzlich sind auch solche Ausführungen denkbar, bei denen keine dieser beiden Walzen angetrieben ist.
  • Die Andruckwalze 22 sollte zur Minimierung des Platzbedarfs möglichst klein bauen und dabei schwingungsfrei möglichst ohne Durchbiegung infolge Eigengewicht und Andruckkraft arbeiten.
  • Dazu ist die Andruckwalze 22 bei dem in der Figur 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel in Richtung der Walzenachse betrachtet segmentiert.
  • Wie anhand der Figur 2 zu erkennen ist, umfasst die segmentierte Andruckwalze 22 mehrere in Richtung der Walzenachse aufeinander folgende drehbare Walzenkörper oder -segmente 28, die auf eine feststehende Achse 30 aufgesetzt und auf dieser mittels einer jeweiligen Lagerung 32 drehbar gelagert sind. Gegenüber einer normalen zapfengelagerten Rohrkörper-Andruckwalze bringt eine solche segmentierte Walze unter anderem die folgenden Vorteile mit sich:
  • Die Walze hat eine ideale kleine Bauform, da nur die Achseneigenfrequenz unterhalb der Betriebsfrequenz liegt, und die Eigenfrequenzen der Walzenkörper oder -segmente liegen aufgrund ihrer kurzen Lagerentfernung im sicheren Bereich über der Betriebsfrequenz. Die rotierenden Bauteile der Andruckwalze können also nicht in Biegeeigenschwingung geraten, da sie nicht durch ihre Eigenfrequenz fahren müssen. Beim Hochfahren der Andruckwalze wird durch die Eigenfrequenz der Achse hindurch gefahren, wobei diese aufgrund ihrer hohen Masse jedoch eine sehr hohe Eigendämpfung besitzt.
  • Wie anhand der Figur 2 zu erkennen ist, kann die feststehende Achse 30 vorgebogen sein. Durch die Vorbiegung kann beispielsweise die Durchbiegung der Walze durch Eigengewicht und Andruckkraft aufgehoben werden.
  • Im vorliegenden Fall ist durchgängig über die gesamte Walzenoberfläche ein Gummibezug 34 vorgesehen.
  • Die feststehende Achse 30 ist an ihren beiden Enden über eine jeweilige Lagerung 36 an einem Ständer, Gestell und/oder dergleichen gelagert.
  • Alternativ zu einer solchen segmentierten Walze mit feststehender Achse kann beispielsweise auch eine Andruckwalze mit einem sich über die gesamte Walzenoberfläche erstreckenden flexiblen Walzenkörper eingesetzt werden, der auf einer feststehenden Achse mehrfach gelagert ist.
  • Figur 3 zeigt in schematischer Teildarstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine 10. Im vorliegenden Fall ist die vorzugsweise wieder segmentierte Andruckwalze 22 mit einem eingestellten Bogen der Bogenhöhe 38 versehen und, wie durch den Pfeil 40 angedeutet, so drehbar, dass die Durchbiegungslinien dieser Andruckwalze 22 und der Kühlwalze 14 zur Deckung bringbar sind.
  • Will man die Durchbiegungslinien der Kühlwalze 14 und der Andruckwalze 22 zur Deckung bringen, kann man im vorliegenden Fall also wie folgt verfahren: Man dreht die Andruckwalze 22 mit ihrem eingestellten Bogen, hier beispielsweise mit der Bogenhöhe 38, solange, bis die Biegelinien der beiden Walzen 22, 14 übereinstimmen.
  • Im übrigen besitzt diese Ausführungsform zumindest im wesentlichen wieder den gleichen Aufbau wie die der Figur 1, wobei einander entsprechenden Teilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind.
  • Es ist insbesondere auch eine solche Ausgestaltung denkbar, bei der vor bzw. während einem jeweiligen Neuaufführen der Materialbahn 12 auf die Kühlwalze 14 die Andruckwalze 22 von der Kühlwalze 14 wegschwenkbar und überdies die Temperatur der Kühlwalze 14 über die Betriebstemperatur hinaus erhöhbar ist. Dabei kann die Temperatur der Kühlwalze 14 insbesondere gleichzeitig mit dem Wegschwenken der Andruckwalze 22 erhöht werden.
  • Das Wegschwenken der Andruckwalze 22 und das Erhöhen der Temperatur der Kühlwalze 14, kann insbesondere durch einen jeweiligen Bahnabriss ausgelöst werden.
  • Bevorzugt ist die Andruckwalze 22 erst dann wieder an die Kühlwalze 14 anlegbar bzw. gegen diese andückbar, wenn die Materialbahn 12 aufgeführt und die Temperatur der Kühlwalze 14 wieder auf die niedrigere Betriebstemperatur gebracht ist.
  • Die vorzugsweise entsprechend verschwenkbare Andruckwalze 22 kann beispielsweise auch einer hinter einem Kalanderstack oder Kalanderabschnitt angeordneten Kühlwalze 14 zugeordnet sein. Ist beispielsweise ein Janus-Kalander mit zwei Kalanderstacks oder mit zwei in einem Kalanderstack angeordneten Kalanderabschnitten vorgesehen, so kann hinter jedem Kalanderstack bzw. nach jedem Kalanderabschnitt jeweils eine Kühlwalze 14 angeordnet sein, der eine vorzugsweise verschwenkbare Andruckwalze 22 zugeordnet ist.
  • Es ist also beispielsweise eine Maschine mit einem zwei Kühlwalzen 14 umfassenden Janus-Kalander denkbar, bei der hinter jedem Kalanderstack bzw. Kalanderabschnitt jeweils eine solche Kühlwalze 14 mit zugeordneter Andruckwalze 22 angeordnet ist. Die Kühlwalzen 14 dienen auch in diesem Fall insbesondere wieder dazu, das Papier so weit wie möglich herunter zu kühlen und das Ausdampfen der Papierbahn zu minimieren. Zur Beseitigung des Luftspaltes zwischen einer jeweiligen Kühlwalze 14 und der Material- bzw. Papierbahn 12 wird die Materialbahn 12 über die jeweilige Andruckwalze 22 gegen die betreffende Kühlwalze 14 gedrückt.
  • Dabei können die wesentlichen Parameter des Kalanders und der jeweiligen Kühlwalzen beispielsweise die folgenden Werte besitzen:
    • vBetrieb = 1700 m/min
    • Papierbahnbreite = 7420 mm
    • DKühlwalze = 900 mm
    • TPapier = 90 °C (nach letztem Nip)
    • TPapier = 88 °C/ 87,8 °C (unmittelbar vor der ersten bzw. zweiten Kühlwalze)
    • TPapier = 64,5 °C/ 82,8 °C (unmittelbar nach der ersten bzw. zweiten Kühlwalze)
    • TPapier = 61 °C (in Projektphase)
    • Umschlingungswinkel = 130°/ 153° (erste bzw. zweite Kühlwalze)
    • Volumenstrom/Kühlwasser = 100 m3/h
    • TWasser Ein ≤ 32 °C
    • TTaupunkt Umgebung max = 45 °C
  • Im folgenden wird eine beispielhafte Fahrweise einer jeweiligen Kühlwalze 14 während der Produktion sowie beim Aufführvorgang beschrieben.
  • In der Produktionsphase werden die Kühlwalzen 14 mit einer Vorlauftemperatur von 32 °C (oder eventuell auch niedriger) gefahren, so dass sich eine Oberflächentemperatur der jeweiligen Kühlwalze 14 einstellt, die unter dem weiter oben angegebenen Taupunkt liegt.
  • Die zugeordnete Andruckwalze 22 wird in dieser Phase stets gegen die betreffende Kühlwalze 14 gedrückt.
  • Das an der Oberfläche der Kühlwalze 14 entstehende Kondensat wird durch die Material- bzw. Papierbahn 12 mitgenommen.
  • Der Randbereich (Zapfen, Stirnseiten und Mantelrandbereich bis z.B. 50 mm in die Papierbahn hinein) wird so isoliert, dass die Oberflächentemperatur 20 K höher liegt als die gekühlte Oberfläche der Kühlwalze 14. Sollte diese Isolierung nicht ausreichen, werden die Stirnseiten der Kühlwalze mit Warmluft aus der Kalanderbelüftung belüftet.
  • Nach einem jeweiligen Papierbahnabriss wird die jeweilige Andruckwalze 22 sofort von der betreffenden Kühlwalze 14 abgeschwenkt (Signal "Schnelltrennen"), und zeitgleich wird die Kühlwalze 14 einschließlich des Kühlkreislaufs auf z.B. 45 °C aufgeheizt.
  • Für die Aufheizphase steht die Zeit zur Verfügung, die zur Vorbereitung des Aufführvorgangs benötigt wird. Diese Zeit beträgt beispielsweise zwischen 4 bis 5 min, was einem durchschnittlichen Aufheizgradienten von zumindest 3,25 K/min entspricht.
  • Nachdem die Material- bzw. Papierbahn 12 auf die betreffende Kühlwalze 14 aufgeführt ist, wird die Kühlwalze 14 mit dem gesamten Kühlkreislauf wieder auf die Produktionstemperatur von beispielsweise 32 °C abgekühlt (Signal "Bahn breitfahren"). Für diesen Vorgang steht die Zeit für das Bahnbreitfahren und Schließen des Kalanders zur Verfügung. Diese Zeit beträgt beispielsweise etwa 2 min, was einem durchschnittlichen Abkühlgradienten von 6,5 K/min entspricht.
  • Anschließend wird im Kalander ein Zusatzdruck aufgebracht, und es wird zeitgleich die jeweilige Andruckwalze 22 gegen die betreffende Kühlwalze 14 gedrückt.
  • Das Kühlaggregat muss somit zum Abkühlen von beispielsweise 45 auf 32 °C nicht die Kühlleistung zum Abkühlen der Papierbahn aufbringen, da die jeweilige Andruckwalze 22 während dieses Vorgangs das Papier nicht auf die betreffende Kühlwalze 18 drückt und die Papierbahn somit keinen direkten Kontakt zur Kühlwalze besitzt. Es geht also keine Energie vom Papier auf die Kühlwalze 14 über.
  • Im Ergebnis ist somit gewährleistet, dass durch das Auf- bzw. Abkühlen einer jeweiligen Kühlwalze 14 bei einem Papierabriss und den anschließenden Aufführvorgang kein zusätzlicher Produktionsausfall durch das System Kühlwalze entsteht.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn
    12
    Materialbahn
    14
    Kühlwalze
    16
    Aufwickelvorrichtung
    18
    Trockenpartie
    20
    Auflaufstelle
    22
    Andruckwalze
    24
    Hebel
    26
    Andruckzylinder
    28
    Walzenkörper, -segment
    30
    feststehende Achse
    32
    Lagerung
    34
    Gummibezug
    36
    Lagerung
    38
    Bogenhöhe
    40
    Pfeil

Claims (28)

  1. Maschine (10) zur Herstellung und/oder Behandlung einer Materialbahn (12), insbesondere Papier- oder Kartonbahn, mit wenigstens einer Kühlwalze (14), über die die Materialbahn (12) geführt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die auf die Kühlwalze (14) auflaufende Materialbahn (12) im Bereich der Auflaufstelle (20) durch eine Andruckwalze (22), deren Durchbiegung zumindest im wesentlichen der Durchbiegung der Kühlwalze (14) entspricht, an die Kühlwalze (14) andrückbar ist.
  2. Maschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchbiegung der Andruckwalze (22) auf der mit der Kühlwalze (14) gemeinsamen Scheitellinie zumindest im wesentlichen der Durchbiegung der Kühlwalze (14) entspricht.
  3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchbiegung der Andruckwalze (22) einstellbar ist.
  4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) gummiert ist.
  5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) mit definierter, insbesondere einstellbarer Kraft gegen die Kühlwalze (14) drückbar ist.
  6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) auf Hebeln (24) gelagert und über diese Hebel gegen die Kühlwalze (14) drückbar ist.
  7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) pneumatisch und/oder hydraulisch gegen die Kühlwalze (14) drückbar ist.
  8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf die Hebel (24) wirkende Andruckzylinder (26) vorgesehen sind, um die Andruckwalze (22) gegen die Kühlwalze (14) zu drücken.
  9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühlwalze (14) und/oder die Andruckwalze (22) jeweils angetrieben ist.
  10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass weder die Kühlwalze (14) noch die Andruckwalze (22) angetrieben ist.
  11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) in Richtung der Walzenachse betrachtet segmentiert ist.
  12. Maschine nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die segmentierte Andruckwalze (22) mehrere in Richtung der Walzenachse aufeinander folgende drehbare Walzenkörper (28) umfasst.
  13. Maschine nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die segmentiere Andruckwalze (22) eine feststehende Achse (30) umfasst, auf die die drehbaren Walzenkörper (28) aufgesetzt und auf der diese drehbar gelagert sind.
  14. Maschine nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die feststehende Achse (30) vorgebogen ist.
  15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) einen entlang der Walzenachse mehrfach gelagerten flexiblen Walzenmantel besitzt.
  16. Maschine nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der flexible Walzenmantel auf einer feststehenden Achse (30) mehrfach gelagert ist.
  17. Maschine nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die feststehende Achse (30) vorgebogen ist.
  18. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühlwalze (14) mit zugeordneter Andruckwalze (22) im Anschluss an eine Trockenpartie (18) vorgesehen ist.
  19. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Andruckwalze (22) als bombierte Walze ausgeführt ist.
  20. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) als Biegeausgleichswalze ausgeführt ist.
  21. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mit einem eingestellten Bogen versehene Andruckwalze (22) so drehbar ist, dass die Durchbiegungslinien dieser Andruckwalze (22) und der Kühlwalze (14) zur Deckung bringbar sind.
  22. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) vor einem jeweiligen Neuaufführen der Materialbahn (12) auf die Kühlwalze (14) von der Kühlwalze (14) wegschwenkbar ist.
  23. Maschine nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    vor einem jeweiligen Neuaufführen der Materialbahn (12) auf die Kühlwalze (14) überdies die Temperatur der Kühlwalze (14) erhöhbar ist.
  24. Maschine nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur der Kühlwalze (14) gleichzeitig mit dem Wegschwenken der Andruckwalze (22) erhöhbar ist.
  25. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Wegschwenken der Andruckwalze (22) und gegebenenfalls das Erhöhen der Temperatur der Kühlwalze (14) durch einen jeweiligen Bahnabriss auslösbar ist.
  26. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Andruckwalze (22) erst dann wieder an die Kühlwalze (14) anlegbar bzw. gegen diese andrückbar ist, wenn die Materialbahn (12) aufgeführt und die Temperatur der Kühlwalze (14) wieder auf die niedrigere Betriebstemperatur gebracht ist.
  27. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vorzugsweise verschwenkbare Andruckwalze (22) einer hinter einem Kalanderstack oder einem Kalanderabschnitt angeordneten Kühlwalze (14) zugeordnet ist.
  28. Maschine nach Anspruch 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Janus-Kalander mit zwei Kalanderstacks oder mit zwei in einem Kalanderstack angeordneten Kalanderabschnitten vorgesehen und hinter jedem Kalanderstack bzw. nach jedem Kalanderabschnitt jeweils eine Kühlwalze (14) angeordnet ist, der eine vorzugsweise verschwenkbare Andruckwalze (22) zugeordnet ist.
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