EP1533416B1 - Breitnip-Kalanderanordnung - Google Patents

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EP1533416B1
EP1533416B1 EP20040105716 EP04105716A EP1533416B1 EP 1533416 B1 EP1533416 B1 EP 1533416B1 EP 20040105716 EP20040105716 EP 20040105716 EP 04105716 A EP04105716 A EP 04105716A EP 1533416 B1 EP1533416 B1 EP 1533416B1
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EP
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shell
moisture
web
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nip
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Rüdiger KURTZ
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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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
    • D21G1/006—Calenders; Smoothing apparatus with extended nips
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/0073—Accessories for calenders
    • D21G1/0093—Web conditioning devices
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G7/00—Damping devices

Definitions

  • the invention relates to a wide-nip calender assembly with a shoe roll having a circumferential jacket and a pressing device, a counter-pressure element, which forms a nip together with the shoe roll, and a moistening device.
  • a wide-nip calender is used to smooth a web of material, particularly a web of paper or board.
  • the smoothing takes place while saving volume, because you can work with a lower compressive stress due to the relatively long treatment time (compared with a nip between two rollers).
  • Moisture usually results in softening of the fibers, at least on the moistened side, and thus makes them more smooth.
  • the moisture is applied to the web in the form of a spray or steam before the web enters the nip.
  • the invention has for its object to expand opportunities for the application of moisture.
  • the shell is thus wettable, i. Liquid that gets on this coat can form a film.
  • a non-hydrophilic, ie hydrophobic, surface the moisture would converge into individual rivulets.
  • you use a hydrophilic roll shell then it is no longer limited to the application of moisture that the moisture has been completely absorbed by the web before the web enters the broad nip. Rather, the moisture can also reach the surface of the jacket. There it is transmitted to the mantle due to the hydrophilic formation of the surface in the form of a film, so does not run together to larger patches, which would adversely affect the moistening of the web.
  • the moistening device is at least partially directed towards the jacket.
  • the moisture must therefore not be transferred directly to the web, but it can also be first transferred to the surface of the shell of the shoe roll and get from there to the web. This further extends the possibilities of humidification. You can now additionally use the order of liquid, for example, to cool the mantle. It is also possible to transfer a greater amount of moisture to the web by first producing a moisture film on the surface of the jacket. This film is then pressed into the broad nip in the web, ie the moisture penetrates better into the web.
  • Such a one-sided web wetting is, for example, to reduce or avoid curling in the transverse direction (cur1) on the web leaving the nip and for the treatment of the web in a subsequent calender nip according to the "Moisture Gradient-Calendering" method of advantage.
  • the surface of the shell has a wettability in which a contact angle between the liquid dispensed by the moistening device and the surface of the shell is less than 90 °.
  • the contact angle characterizes the wettability.
  • the wettability can also be expressed by the so-called critical surface tension ⁇ crit .
  • a good wettability is present when the contact angle is less than 90 °, preferably much smaller than 90 °. For example, a spontaneous spreading of a liquid and thus self-spreading wetting of mineral oils is present.
  • the contact angle here is 0 °. If you use water for humidification, the contact angle will be greater than 0 °. But you can take appropriate measures to ensure that even when using water forms a suitable liquid film on the surface of the shell.
  • the sheath is formed of a hydrophilic material.
  • a hydrophilic material By choosing a suitable material, the desired conditions on the surface result automatically.
  • the surface of the shell has a microstructure.
  • the sheath is formed from a plastic which is able to withstand the repeated deformations that result when passing through the broad nip, without damage.
  • many of these plastics are not hydrophilic per se but rather hydrophobic. If one then forms a corresponding microstructure on the surface of the shell, then one can achieve the wettability by a physical design of the shell surface.
  • Such a microstructure may, for example, be a micro-engraving of very small "wells", ie depressions, as is known from gravure printing. Instead of wells you can also use small grooves, scales or grooves, which lead to a similar effect.
  • the moistening device acts with an electric field generating device.
  • the generation of an electric field is a physical measure to render the surface hydrophilic.
  • a high voltage field is applied to the jacket, it wets with electrostatic charge.
  • a wetting agent adding device which supplies a wetting agent to the wetting device and / or to the surface of the jacket.
  • the production or improvement of the wettability takes place in a chemical manner.
  • surfactants which reduce the surface tension of the liquid to be applied and thus make it wettable.
  • FIG. 1 shows a wide-nip calender assembly 1 with a shoe roll 2, which has a circumferential jacket 3 and a pressing device 4.
  • the jacket 3 is guided over a plurality of deflection or support rollers 5.
  • the jacket is relatively stiff. However, it can also be designed as a band which is substantially thinner, in which case more support rollers 5 are required.
  • the jacket 3 cooperates with a counter-roller 6, which is formed as a hard roller and consists for example of steel or cast iron.
  • a heat transfer medium such as steam, hot water or hot oil, can be passed to temper the counter-roller 6.
  • the pressing device 4 presses the jacket 3 with a predetermined pressure and over a predetermined length in the counter-roller 6. This creates a broad nip 8, through which a web 9, for example, a web of paper or cardboard, is guided to them in the nip 8 smooth.
  • the moisture is passed through a moisture applicator 10, which outputs moisture from spray nozzles 11.
  • the spray nozzles 11 are no longer directed directly to the web 9, but to the surface 12 of the shell 3.
  • On this surface 12 forms a uniform moisture film on the basis of the properties and embodiments described below, which is transferred to the web 9 when the web 9 passes through the nip 8.
  • the moisture film on the surface 12 also has the advantage that it cools the jacket 3.
  • the moisture applicator 10 is disposed approximately on the side of the shell 3 opposite the nip 8, so that the moisture remains on the surface of the shell for about half a turn before it is pressed into the web 9.
  • the surface 12 of the shell 3 is wettable or hydrophilic, so it is not hydrophobic. With a hydrophobic or non-wettable surface, this film would converge into individual rivulets.
  • Wettability is characterized by the contact angle formed by a drop of liquid on the surface 12 or also expressed by the so-called critical surface tension ⁇ crit .
  • ⁇ crit critical surface tension
  • the material of the shell 3 itself is hydrophilic. Such a choice of material However, under certain circumstances, it may adversely affect other properties of the jacket 3.
  • the jacket 3 must be repeatedly deformed when passing through the wide nip 8. It is therefore also possible to provide other measures to make the surface 12 of the shell 3 hydrophilic.
  • the field generating device 14 generates an electric field between the moisture application device 10 and the shell 3.
  • at least some of the support rollers 5 are connected to a ground potential 15.
  • the high voltage between the moisture application device 10 and the jacket 3 can be quite several thousand volts.
  • a wetting agent-adding device 16 which applies a wetting agent, for example surfactants, either directly to the surface 12 of the shell 3 via spray nozzles 17, or supplies the wetting agent to the moisture application device 10, so that the wetting agent mixes with the liquid during its supply , which is permanently supplied via a line 18.
  • a wetting agent for example surfactants
  • the shell 3 can then consist of two layers, wherein the inner layer ensures the mechanical stability and the outer layer, the hydrophilic properties of the shell on the surface 12th

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Breitnip-Kalanderanordnung mit einer Schuhwalze, die einen umlaufenden Mantel und eine Anpreßeinrichtung aufweist, einem Gegendruckelement, das mit der Schuhwalze zusammen einen Breitnip bildet, und einer Befeuchtungseinrichtung.
  • Ein derartige Anordnung ist beispielsweise aus dem Dokument WO-A-0 183 883 bekannt.
  • Ein Breitnip-Kalander wird verwendet, um eine Materialbahn, insbesondere eine Bahn aus Papier oder Karton, zu glätten. Die Glättung erfolgt dabei volumenschonend, weil man aufgrund der relativ langen Behandlungsdauer (verglichen mit einem Nip zwischen zwei Walzen) mit einer geringeren Druckspannung arbeiten kann. Wie bei anderen Kalandern auch, kann man zur Verbesserung des Ergebnisses der Satinage eine Feuchtigkeit zuführen. Eine Feuchtigkeit führt in der Regel dazu, daß sich die Fasern zumindest auf der befeuchteten Seite erweichen lassen und dementsprechend besser glätten lassen. In der Regel wird die Feuchtigkeit dabei in Form eines Sprühnebels oder Dampf auf die Bahn aufgetragen, bevor die Bahn in den Breitnip eintritt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten des Auftrags von Feuchtigkeit zu erweitern.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Breitnip-Kalanderanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Mantel zumindest an seiner Oberfläche hydrophil ausgebildet ist.
  • Der Mantel ist also benetzbar, d.h. Flüssigkeit, die auf diesen Mantel gelangt, kann einen Film ausbilden. Im Gegensatz dazu würde bei einer nicht hydrophilen, also hydrophoben, Oberfläche die Feuchtigkeit zu einzelnen Rinnsalen zusammenlaufen. Wenn man nun einen hydrophilen Walzenmantel verwendet, dann ist man bei dem Auftrag der Feuchtigkeit nicht mehr darauf beschränkt, daß die Feuchtigkeit vor dem Einlaufen der Bahn in den Breitnip vollständig von der Bahn aufgenommen worden ist. Die Feuchtigkeit kann vielmehr auch an die Oberfläche des Mantels gelangen. Dort wird sie aufgrund der hydrophilen Ausbildung der Oberfläche in Form eines Filmes an den Mantel übertragen, läuft also nicht zu größeren Flecken zusammen, was sich nachteilig auf die Befeuchtung der Bahn auswirken würde.
  • Vorzugsweise ist die Befeuchtungseinrichtung zumindest teilweise auf den Mantel gerichtet. Die Feuchtigkeit muß also nicht mehr unmittelbar auf die Bahn übertragen werden, sondern sie kann auch zunächst auf die Oberfläche des Mantels der Schuhwalze übertragen werden und von dort auf die Bahn gelangen. Damit erweitern sich die Möglichkeiten der Befeuchtung weiter. Man kann nun den Auftrag von Flüssigkeit zusätzlich beispielsweise dafür verwenden, den Mantel zu kühlen. Man kann auch eine größere Menge von Feuchtigkeit auf die Bahn übertragen und zwar dadurch, daß man zuerst auf der Oberfläche des Mantels einen Feuchtigkeitsfilm erzeugt. Dieser Film wird dann im Breitnip in die Bahn hineingedrückt, d.h. die Feuchtigkeit dringt besser in die Bahn ein. Solch eine einseitige Bahnbefeuchtung ist z.B. zur Verminderung oder Vermeidung einer Rollneigung in Querrichtung (cur1) an der den Nip verlassenden Bahn und für die Behandlung der Bahn in einem nachfolgenden Kalandernip nach der "Moisture-Gradient-Calendering"-Methode von Vorteil.
  • Auch ist von Vorteil, wenn die Oberfläche des Mantels eine Benetzbarkeit aufweist, bei der ein Kontaktwinkel zwischen der von der Befeuchtungseinrichtung ausgegebenen Flüssigkeit auf der Oberfläche des Mantels kleiner als 90° ist. Der Kontaktwinkel charakterisiert die Benetzbarkeit. Man kann die Benetztbarkeit auch durch sogenannte kritische Oberflächenspannung σcrit ausdrücken. Eine gute Benetzbarkeit liegt dann vor, wenn der Kontaktwinkel kleiner als 90° ist, vorzugsweise sehr viel kleiner als 90°. Beispielsweise liegt ein spontanes Spreiten einer Flüssigkeit und damit selbstausbreitende Benetzung bei Mineralölen vor. Der Kontaktwinkel beträgt hier 0°. Wenn man Wasser zur Befeuchtung verwendet, wird der Kontaktwinkel zwar größer als 0° sein. Man kann aber mit geeigneten Maßnahmen dafür sorgen, daß sich auch bei der Verwendung von Wasser ein geeigneter Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche des Mantels bildet.
  • Vorzugsweise ist der Mantel aus einem hydrophilen Material gebildet. Durch die Wahl eines entsprechenden Materials ergeben sich die gewünschten Bedingungen auf der Oberfläche automatisch.
  • Alternativ oder zusätzlich kann man vorsehen, daß die Oberfläche des Mantels eine Mikrostruktur aufweist. In vielen Fällen wird der Mantel aus einem Kunststoff gebildet, der in der Lage ist, die wiederholten Verformungen, die sich beim Durchlaufen des Breitnips ergeben, ohne Beschädigungen aufzunehmen. Viele dieser Kunststoffe sind aber an sich nicht hydrophil sondern eher hydrophob. Wenn man nun eine entsprechende Mikrostruktur auf der Oberfläche des Mantels ausbildet, dann kann man durch eine physikalische Ausgestaltung der Manteloberfläche die Benetzbarkeit erreichen. Eine derartige Mikrostruktur kann z.B. eine Mikro-Gravur von sehr kleinen "Näpfchen", also Vertiefungen sein, wie sie vom Tiefdruck her bekannt ist. Anstelle von Näpfchen kann man auch kleine Rillen, Schuppen oder Nuten verwenden, die zu einem ähnlichen Effekt führen.
  • Bevorzugterweise wirkt die Befeuchtungseinrichtung mit einer elektrischen Felderzeugungseinrichtung. Die Erzeugung eines elektrischen Feldes ist eine physikalische Maßnahme, um die Oberfläche hydrophil zu machen. Wenn man ein Hochspannungsfeld an den Mantel anlegt, erfolgt eine Benetzung durch Elektrostatik.
  • Man kann auch eine Netzmittelzugabeeinrichtung vorsehen, die ein Netzmittel der Befeuchtungseinrichtung und/oder der Oberfläche des Mantels zuführt. In diesem Fall erfolgt die Herstellung oder Verbesserung der Benetzbarkeit auf chemische Weise. Man kann beispielsweise Tenside verwenden, die die Oberflächenspannung der aufzutragenden Flüssigkeit herabsetzen und sie so benetzbar machen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer BreitnipKalanderanordnung und
    Fig. 2
    eine Darstellung zur Erläuterung einer Mikrostruktur.
  • Figur 1 zeigt eine Breitnip-Kalanderanordnung 1 mit einer Schuhwalze 2, die einen umlaufenden Mantel 3 und eine Anpreßeinrichtung 4 aufweist. Der Mantel 3 ist über mehrere Umlenk- oder Stützrollen 5 geführt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Mantel relativ steif. Er kann jedoch auch als Band ausgebildet sein, das wesentlich dünner ist, wobei in diesem Fall mehr Stützrollen 5 erforderlich sind.
  • Der Mantel 3 wirkt zusammen mit einer Gegenwalze 6, die als harte Walze ausgebildet ist und beispielsweise aus Stahl oder Guß besteht. In der Gegenwalze 6 sind Heizkanäle 7 vorgesehen, durch die ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Dampf, heißes Wasser oder heißes Öl, geleitet werden kann, um die Gegenwalze 6 zu temperieren.
  • Die Anpreßeinrichtung 4 preßt den Mantel 3 mit einem vorbestimmten Druck und über eine vorbestimmte Länge in die Gegenwalze 6. Dadurch entsteht ein Breitnip 8, durch den eine Bahn 9, beispielsweise eine Bahn aus Papier oder Karton, geführt wird, um sie im Breitnip 8 zu glätten.
  • In manchen Fällen ist es gewünscht, den Glättvorgang dadurch zu unterstützen, daß man eine Feuchtigkeit auf die Bahn 9 aufträgt. Im vorliegenden Fall wird die Feuchtigkeit durch eine Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 bereitgestellt, die Feuchtigkeit aus Sprühdüsen 11 ausgibt. Die Sprühdüsen 11 sind aber hier nicht mehr direkt auf die Bahn 9 gerichtet, sondern auf die Oberfläche 12 des Mantels 3. An dieser Oberfläche 12 bildet sich aufgrund der weiter unten beschriebenen Eigenschaften und Ausgestaltungen ein gleichmäßiger Feuchtigkeitsfilm aus, der auf die Bahn 9 übertragen wird, wenn die Bahn 9 durch den Breitnip 8 hindurchläuft. Der Feuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche 12 hat daneben natürlich noch den Vorteil, daß er den Mantel 3 kühlt. Aus diesem Grund ist die Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 etwa auf der dem Breitnip 8 gegenüber liegenden Seite des Mantels 3 angeordnet, so daß die Feuchtigkeit über etwa eine halbe Umdrehung auf der Oberfläche des Mantels verbleibt, bevor sie in die Bahn 9 hineingedrückt wird.
  • Damit der Film gleichmäßig erhalten bleibt und mit der Walze in dieser Gleichmäßigkeit umlaufen kann, ist die Oberfläche 12 des Mantels 3 benetzbar oder hydrophil ausgebildet, sie ist also nicht hydrophob. Bei einer hydrophoben oder nicht benetzbaren Oberfläche würde dieser Film zu einzelnen Rinnsalen zusammenlaufen.
  • Benetzbarkeit wird durch den Kontaktwinkel charakterisiert, den ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche 12 ausbildet oder auch durch die sogenannte kritische Oberflächenspannung σcrit ausgedrückt. Eine gute Benetzbarkeit liegt dann schon vor, wenn dieser Kontaktwinkel sehr viel kleiner als 90° ist.
  • Man kann nun vorsehen, daß das Material des Mantels 3 selbst von sich aus hydrophil ist. Eine derartige Materialwahl kann unter Umständen aber andere Eigenschaften des Mantels 3 negativ beeinflussen. Der Mantel 3 muß beim Durchlaufen des Breitnips 8 wiederholt verformt werden. Man kann daher auch andere Maßnahmen vorsehen, um die Oberfläche 12 des Mantels 3 hydrophil zu machen.
  • Wie in Figur 2 dargestellt ist, weist die Oberfläche 12 des Mantels eine Vielzahl von kleinen Vertiefungen 13 auf, also eine Mikrostruktur, die durch eine große Vielzahl von sehr kleinen "Näpfchen" gebildet ist. Eine derartige Mikro-Gravur ist vom Tiefdruck her bekannt.
  • Man kann auch eine physikalische Maßnahme treffen und die Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 mit einer elektrischen Felderzeugungseinrichtung 14 kombinieren. Die Felderzeugungseinrichtung 14 erzeugt ein elektrisches Feld zwischen der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 und dem Mantel 3. Hierzu sind zumindest einige der Stützrollen 5 mit einem Erdpotential 15 verbunden. Die Hochspannung zwischen der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 und dem Mantel 3 kann dabei durchaus mehrere tausend Volt betragen.
  • Man kann auch auf chemische Weise dafür sorgen, daß die Oberfläche 12 hydrophil ist. Hierzu ist eine Netzmittel-Zugabeeinrichtung 16 vorgesehen, die ein Netzmittel, beispielsweise Tenside, entweder unmittelbar über Sprühdüsen 17 auf die Oberfläche 12 des Mantels 3 aufträgt, oder das Netzmittel der Feuchtigkeitsauftragseinrichtung 10 zuführt, so daß sich das Netzmittel bei der Zufuhr mit der Flüssigkeit mischt, die über eine Leitung 18 permanent zugeführt wird.
  • Schließlich ist es auch möglich, an der Oberfläche 12 eine nicht näher dargestellte Oberflächenschicht vorzusehen, die an sich hydrophil ist. In diesem Fall kann der Mantel 3 dann aus zwei Schichten bestehen, wobei die innere Schicht die mechanische Stabilität sicherstellt und die äußere Schicht die hydrophilen Eigenschaften des Mantels an der Oberfläche 12.
  • Mit den dargestellten Maßnahmen erreicht man, daß sich ein Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche 12 des Mantels 3 ausbilden kann. Dieser Flüssigkeitsfilm wird dann im Breitnip 8 an die an der Schuhwalze 2 anliegende Oberfläche der Bahn 9 übertragen.

Claims (7)

  1. Breitnip-Kalander-Anordnung mit einer Schuhwalze (2) die einen umlaufenden Mantel (3) und eine Anpreßeinrichtung (4) aufweist, einem Gegendruckelement (6), das mit der Schuhwalze (2) zusammen einen Breitnip (8) bildet, und eine Befeuchtungseinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) zumindest an seiner Oberfläche (12) hydrophil ausgebildet ist.
  2. Kalander-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung (10) zumindest teilweise auf den Mantel (3) gerichtet ist.
  3. Kalander-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12) des Mantels (3) eine Benetzbarkeit aufweist, bei der ein Kontaktwinkel zwischen der von der Befeuchtungseinrichtung (10) ausgegebenen Flüssigkeit auf der Oberfläche (12) des Mantels (3) kleiner als 90° ist.
  4. Kalander-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) aus einem hydrophilen Material gebildet ist.
  5. Kalander-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (12) des Mantels (3) eine Mikrostruktur (13) aufweist.
  6. Kalander-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung (10) mit einer elektrischen Felderzeugungseinrichtung (14, 15) zusammenwirkt.
  7. Kalander-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Netzmittelzugabeeinrichtung (16) vorgesehen ist, die ein Netzmittel der Befeuchtungseinrichtung (10) und/oder der Oberfläche (12) des Mantels (3) zuführt.
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