EP1634994B1 - Kalanderanordnung - Google Patents

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EP1634994B1
EP1634994B1 EP05104882A EP05104882A EP1634994B1 EP 1634994 B1 EP1634994 B1 EP 1634994B1 EP 05104882 A EP05104882 A EP 05104882A EP 05104882 A EP05104882 A EP 05104882A EP 1634994 B1 EP1634994 B1 EP 1634994B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arrangement according
calender arrangement
layer
base layer
matrix material
Prior art date
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Expired - Fee Related
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EP05104882A
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English (en)
French (fr)
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EP1634994A1 (de
Inventor
Jörg Dr. Rheims
Lothar Dr. Zimmermann
Eugen Schnyder
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Publication of EP1634994A1 publication Critical patent/EP1634994A1/de
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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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S162/00—Paper making and fiber liberation
    • Y10S162/901—Impermeable belts for extended nip press

Definitions

  • the present invention relates to a calendering arrangement for calendering a material web, in particular a paper web, with a shoe roll and a counter roll, between which a broad nip is formed, through which the material web can be guided, wherein the shoe roll comprises a circumferential jacket which is mounted on two rotatably mounted,
  • the shoe roll comprises a circumferential jacket which is mounted on two rotatably mounted,
  • the preamble of the present claim 1 is attached to the end side arranged end elements and can be loaded via a matched to the outside of the backing roll press shoe in the direction of the counter roll.
  • a sagging of the shell between the two closure elements should be prevented, so that the stress on the shell during operation can be significantly reduced.
  • the jacket comprises a radially inner base layer and an adjoining, radially outer functional layer, wherein the base layer consists of an embedded by fiber-reinforced, elastic matrix material and the functional layer of a matrix material having a lower fiber content than the base layer.
  • the base layer with embedded fibers can be designed so that high compressive stresses of up to 30 MPa can be generated in the nip without damaging or destroying the jacket.
  • the functional layer with lower fiber content be formed so soft that the required parameters for the calendering can be met, so that in particular ensures the required adjustment of the jacket to the press shoe and on the other an undesirable unevenness in the compression of the web is prevented.
  • the jacket is designed as a substantially self-supporting tube. This can be achieved in particular by a correspondingly high fiber content in the base layer of the jacket.
  • the functional layer advantageously consists of a substantially fiber-free material, so that the functional layer thus forms a layer dominated by the matrix material used.
  • the sheath invention advantageously forms a tubular even at rest Body which is designed to accommodate significantly higher compressive stresses in the nip.
  • a sliding layer for reducing the friction between the shell and the press shoe is provided on the radially inner side of the shell.
  • the sliding layer may consist of a substantially fiber-free matrix material and in particular harder than the matrix material of the base layer and / or the functional layer may be formed. This ensures that the frictional forces occurring during operation between the press shoe and the inside of the shell are minimized.
  • the sliding layer may be formed by at least a part of the base layer or as a separate layer.
  • the matrix material of the sliding layer and the base layer and / or the matrix material of the sliding layer and the functional layer consist of the same material.
  • the matrix material of the base layer and / or the functional layer and / or optionally the sliding layer may be a plastic, in particular a duroplastic or a thermoplastic.
  • the radial thickness of the base layer is about 3 to 30 mm, in particular about 5 to 20 mm.
  • the radial thickness of the functional layer about 5 to 20 mm, in particular about 15 mm. Due to these advantageous thicknesses, an optimum combination of high permissible compressive stress and simultaneously high elasticity of the outside of the jacket is achieved.
  • the fiber content of the base layer and / or the functional layer can decrease radially from the inside to the outside.
  • the fiber content is preferably equal to zero, at least in the region of the functional layer located radially outside. Due to the decrease in the fiber content radially outward particular account is taken of the requirements of a wide-nip calender, so that a uniform compaction of the material web is ensured in the nip.
  • the average fiber content of the base layer may be about 40 to 70% by volume, in particular about 50 to 60% by volume, preferably about 55% by volume, while preferably the average fiber content of the functional layer is about 5 to 20 Vol .-% may be in particular about 8 to 12 vol .-%.
  • the embedded fibers may be formed as glass and / or carbon fibers and / or as metal fibers and / or as metal-coated fibers.
  • the physical properties, in particular of the base layer can be controlled.
  • the rigidity of the base layer can be significantly increased, at the same time their thermal conductivity is also significantly increased.
  • the fibers may be arranged in radially successive, in particular spaced-apart fiber layers.
  • the fiber layers can each consist of obliquely wound to the axis of rotation of the shell, substantially parallel to each other extending fiber bundles, for different fiber layers, the angular positions of the fiber bundles to the axis of rotation of the shell are different.
  • the angular position of the fiber bundles increases radially outward. Due to the different angular positions, the rigidity, in particular of the base layer, can be increased, wherein at the same time the thermal expansion behavior in the longitudinal direction can be selectively controlled.
  • the matrix material of the base layer and the functional layer consists of the same material.
  • the fibers of the base layer and optionally the fibers of the functional layer may consist of the same fiber material. In principle, however, it is also possible to select both the matrix material and the fiber material for the base layer and the functional layer independently of each other in order to optimize the respective desired parameters of the corresponding layers.
  • support elements are arranged with a convex support surface in the circumferential direction along the inside of the shell.
  • These support elements can be arranged at regular intervals, in particular each offset by about 90 °, 180 ° and 270 ° to the press shoe.
  • the support members can be provided on its surface with a friction-reducing coating.
  • At least one support element with a convex support surface is arranged on the inside of the jacket in the region of the inlet and / or the outlet side of the press shoe.
  • symmetrically arranged support elements are provided on both sides of the press shoe.
  • All support elements mentioned in this application can be designed as pressure elements, d. H. similar to the press shoe for generating a pressure against the inside of the shell of the shoe roll may be formed.
  • the long nip in the transport direction of the material web has a length of about 3 to 20 cm, in particular from 4 to 15 cm, preferably from 4 to 10 cm.
  • formed jacket can also be transmitted over these specified nip-width compressive stresses of up to 30 MPa on the jacket of the shoe roll, without this being destroyed.
  • the press shoe has an elastic matching surface, over which the jacket is guided.
  • an elastic contact surface of the press shoe is required to avoid markings in the calendered material web.
  • a press shoe is used, which has a uniform design with an elastic contact surface, whereby a distribution of the pressure elements of the press shoe over both the length and the width of the nip is possible in order to achieve a pressure profiling within the broad nip.
  • Fig. 1 shows a calender 1, which comprises a shoe roll 2 and a counter roll 3.
  • the counter-roller 3 can be formed in a known manner, for example as a heatable metal roller.
  • the shoe roll 3 comprises a stationary support bar 4, on which a press shoe 5 is mounted in a manner known per se so that a concaved pressing surface 6 of the press shoe 5 in the direction of the counter roll 3 can be loaded.
  • the concave pressing surface 6 is adapted substantially to the outer surface of the counter-roller 3.
  • the shoe roll 2 and the counter roll 3 are guided against each other so that the counter roll 3 comes to rest in the region of the press shoe 5 on the outside of the shell 7 of the shoe roll 2, whereby the jacket 7 corresponding to the pressing surface 6 of the press shoe 5 has a concave shape accept as it is in Fig. 1 is shown.
  • a broad nip 8 is formed between the backing roll 3 and the shoe roll 2, through which a material web 9 is guided for calendering.
  • the jacket 7 has a radially outer functional layer 10, which consists of an elastic matrix material, in particular a resin / hardener combination.
  • a functional layer 10 fillers, for example in the form of fibers 11, embedded, wherein the volume fraction of the fibers 11, however, is relatively low, so that the functional layer is a dominated by the matrix material 12 layer.
  • the functional layer 10 can also be completely free of fibers 11. Due to the low fiber content of the functional layer 10 is relatively soft, so that in the nip 8 a uniform compression of the web 9 is ensured.
  • the functional layer 10 is adjoined radially inwardly by a base layer 13 of the jacket 7, which consists of an elastic matrix material 14 with fibers 15 embedded therein.
  • the proportion of fibers 15 is substantially greater than in the functional layer 10, so that the base layer 13 has a very high rigidity in comparison to the functional layer 10. This high rigidity ensures that the jacket 7 can be loaded with very high compressive stresses in the extended nip 8 without damaging the jacket 7. As a result, the formation of a sufficient pressure pad for power transmission to the web in the nip 8 is guaranteed.
  • the sliding layer 16 has on its inside a very low coefficient of friction, which can be achieved for example by a relatively hard matrix material 17 of the sliding layer 16.
  • the support elements 18 are similar to the press shoe 5 radially outwardly resilient, so that the jacket 7 is additionally supported by the support members 18 in its cylindrical shape.
  • the support elements 19 On both sides of the press shoe 5 further support elements 20 are provided, which come directly in the region of the inlet and the outlet side of the press shoe 5 on the inside of the shell 7 to the plant and thus prevent excessive deformation of the shell 7 in these areas.
  • the support elements 19 have support surfaces 20, which are adapted substantially convexly to the inside of the jacket 7.
  • the multilayer structure of the jacket 7 with functional layer 10, base layer 13 and sliding layer 16 also extends over the length of the jacket 7.
  • the jacket 7 is fastened with its front ends in each case to two end elements arranged as discs designed end elements 22, for example clamped or screwed, which are rotatably mounted relative to the support beam 4. Due to the reinforced and in particular substantially self-supporting structure of the shell 7, a sagging between the two end elements 22 is prevented, so that the stress on the shell 7 during operation can be significantly reduced.
  • the jacket 7 is merely supported, but not substantially pushed radially outwards, so that the stress of the shell 7 by the support member 18 and analogously by the other support members 18, the in Fig. 2 are not visible, is kept low.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalanderanordnung zum Kalandrieren einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, mit einer Schuhwalze und einer Gegenwalze, zwischen denen ein Breitnip ausgebildet ist, durch den die Materialbahn führbar ist, wobei die Schuhwalze einen umlaufenden Mantel umfasst, der an zwei rotierbar gelagerten, stirnseitig angeordneten Abschlusselementen befestigt ist und über einen an die Außenseite der Gegenwalze angepassten Pressschuh in Richtung auf die Gegenwalze belastbar ist, gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.
  • Mit derartigen Kalanderanordnungen, wie z.B. aus dem Dokument US 2004/0144515 A1 bekannt, werden Materialbahnen wie beispielsweise Papier- oder Kartonbahnen geglättet, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erhalten. Dabei haben sich insbesondere die so genannten Breitnip-Kalander bewährt, bei denen der über den Pressschuh der Schuhwalze laufenden Mantel aus einem relativ weichen Material, beispielsweise aus Polyurethan, besteht. Die gewünschte Oberflächengüte der Materialbahn wird dabei durch Aufbringen von Druck und Hitze erreicht, indem die Gegenwalze üblicherweise als beheizbare Walze ausgebildet ist und die durch den Breitnip geführte Materialbahn über den Pressschuh in Richtung der beheizten Gegenwalze gedrückt wird.
  • Durch die Erhitzung werden die Fasern der Materialbahn plastifiziert, wodurch die gewünschte Oberflächenglätte und der gewünschte Glanz erzeugt werden.
  • Durch den Breitnip wird im Vergleich zu Kalandern ohne Breitnip eine verlängerte Verweilzeit im Nip erreicht, wobei gleichzeitig durch den weichen Mantel der Schuhwalze eine gleichmäßige Verdichtung der Materialbahn gewährleistet ist.
  • Problematisch an den bekannten Kalanderanordnungen ist jedoch, dass die verwendeten Mäntel hinsichtlich der zulässigen Druckspannungen auf etwa 10 MPa beschränkt sind, da andernfalls die Beschädigung bzw. Zerstörung des Mantels erfolgen kann. Des Weiteren gibt es im Zusammenwirken mit breiten Pressschuhen Probleme bei der Ausbildung eines Druckpolsters zur Kraftübertragung.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kalanderanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine Druckspannung von bis zu 30 MPa übertragen werden kann, ohne dass der Mantel dabei beschädigt oder zerstört wird. Insbesondere soll ein Durchhängen des Mantels zwischen den beiden Abschlußelementen verhindert werden, so daß die Beanspruchung des Mantels im Betrieb deutlich verringert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Kalanderanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Mantel umfaßt eine radial innen liegende Basisschicht und eine sich daran anschließende, radial außen liegende Funktionsschicht, wobei die Basisschicht aus einem durch eingebettete Fasern verstärkten, elastischen Matrixmaterial und die Funktionsschicht aus einem Matrixmaterial mit einem geringeren Fasergehalt als die Basisschicht besteht.
  • Durch die Aufteilung des Mantels in eine Basisschicht und eine Funktionsschicht wird ein für den Einsatz in Breitnip-Kalandern optimierter Aufbau des Mantels erzielt. Die Basisschicht mit eingebetteten Fasern kann so ausgestaltet werden, dass hohe Druckspannungen von bis zu 30 MPa im Breitnip erzeugt werden können, ohne dass es zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Mantels kommt. Gleichzeitig kann die Funktionsschicht mit geringerem Fasergehalt so weich ausgebildet werden, dass die für die Kalandrierung erforderlichen Parameter eingehalten werden können, so dass insbesondere die erforderliche Anpassung des Mantels an den Pressschuh gewährleistet und zum anderen eine unerwünschte Ungleichmäßigkeit in der Verdichtung der Materialbahn verhindert wird.
  • Der Mantel ist als im Wesentlichen selbst tragendes Rohr ausgebildet. Dies kann insbesondere durch einen entsprechend hohen Faseranteil in der Basisschicht des Mantels erreicht werden. Gleichzeitig besteht vorteilhaft die Funktionsschicht aus einem im Wesentlichen faserfreien Material, so dass die Funktionsschicht somit eine von dem verwendeten Matrixmaterial dominierte Schicht bildet. Im Gegensatz zu den Mänteln bekannter Kalander wird der erfindungsgemäße Mantel somit vorteilhaft nicht durch ein relativ "schlaffes" Band gebildet, das erst durch die bei der Rotation auftretenden Zentrifugalkräfte in eine zylindrische Form gebracht wird, sondern der erfindungsgemäße Mantel bildet vorteilhaft auch im Ruhezustand einen röhrenförmigen Körper, der zur Aufnahme wesentlich höherer Druckspannungen im Breitnip ausgebildet ist.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der radialen Innenseite des Mantels eine Gleitschicht zur Verringerung der Reibung zwischen dem Mantel und dem Pressschuh vorgesehen. Die Gleitschicht kann dabei aus einem im Wesentlichen faserfreien Matrixmaterial bestehen und insbesondere härter als das Matrixmaterial der Basisschicht und/oder der Funktionsschicht ausgebildet sein. Dadurch wird erreicht, dass die im Betrieb auftretenden Reibungskräfte zwischen dem Pressschuh und der Innenseite des Mantels minimiert werden.
  • Die Gleitschicht kann durch zumindest einen Teil der Basisschicht oder als separate Schicht ausgebildet sein.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Matrixmaterial der Gleitschicht und der Basisschicht und/oder das Matrixmaterial der Gleitschicht und der Funktionsschicht aus dem gleichen Material bestehen. Insbesondere kann das Matrixmaterial der Basisschicht und/oder der Funktionsschicht und/oder ggf. der Gleitschicht ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast oder ein Thermoplast, sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt die radiale Dicke der Basisschicht ca. 3 bis 30 mm, insbesondere ca. 5 bis 20 mm. Vorteilhaft kann die radiale Dicke der Funktionsschicht ca. 5 bis 20 mm, insbesondere ca. 15 mm betragen. Durch diese vorteilhaften Dicken wird eine optimale Kombination von hoher zulässiger Druckspannungsbelastung bei gleichzeitiger hoher Elastizität der Außenseite des Mantels erzielt.
  • Vorteilhaft kann der Fasergehalt der Basisschicht und/oder der Funktionsschicht radial von innen nach außen abnehmen. Dabei ist bevorzugt zumindest im radial außen gelegenen Bereich der Funktionsschicht der Fasergehalt gleich Null. Durch die Abnahme des Fasergehalts radial nach außen wird insbesondere den Erfordernissen eines Breitnip-Kalanders Rechnung getragen, so dass im Breitnip eine gleichmäßige Verdichtung der Materialbahn gewährleistet ist. Insbesondere kann der durchschnittliche Fasergehalt der Basisschicht ca. 40 bis 70 Vol.-%, insbesondere ca. 50 bis 60 Vol.-%, bevorzugt ca. 55 Vol.-% betragen, während bevorzugt der durchschnittliche Fasergehalt der Funktionsschicht ca. 5 bis 20 Vol.-% insbesondere ca. 8 bis 12 Vol.-% betragen kann.
  • Die eingebetteten Fasern können als Glas- und/oder Kohlefasern und/oder als Metallfasern und/oder als metallbeschichtete Fasern ausgebildet sein. Je nach verwendeten Fasern können die physikalischen Eigenschaften insbesondere der Basisschicht gesteuert werden. So kann beispielsweise durch die Verwendung von Kohle- oder Metallfasern die Steifigkeit der Basisschicht deutlich erhöht werden, wobei gleichzeitig deren Wärmeleitfähigkeit ebenfalls deutlich erhöht wird.
  • Die Fasern können in radial aufeinander folgenden, insbesondere voneinander beabstandeten Faserlagen angeordnet sein. Vorteilhaft können die Faserlagen dabei jeweils aus schräg zur Rotationsachse des Mantels gewickelten, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Faserbündeln bestehen, wobei für unterschiedliche Faserlagen die Winkellagen der Faserbündel zur Rotationsachse des Mantels unterschiedlich sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn dabei für unterschiedliche Faserlagen die Winkellage der Faserbündel radial nach außen zunimmt. Durch die unterschiedlichen Winkellagen kann die Steifigkeit insbesondere der Basisschicht erhöht werden, wobei gleichzeitig das Wärmeausdehnungsverhalten in Längsrichtung gezielt gesteuert werden kann.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Matrixmaterial der Basisschicht und der Funktionsschicht aus dem gleichen Material. Auch die Fasern der Basisschicht und ggf. die Fasern der Funktionsschicht können aus dem gleichen Fasermaterial bestehen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, sowohl das Matrixmaterial als auch das Fasermaterial für die Basisschicht und die Funktionsschicht unabhängig voneinander zu wählen, um damit die jeweiligen gewünschten Parameter der entsprechenden Schichten zu optimieren.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Mantels Stützelemente mit konvexer Abstützfläche angeordnet. Diese Stützelemente können in regelmäßigen Abständen, insbesondere jeweils um ca. 90°, 180° und 270° versetzt zu dem Pressschuh angeordnet sein. Durch die Stützelemente wird eine weitere Aussteifung des elastischen Mantels erreicht, so dass die Belastung des elastischen Mantels im Betrieb verringert werden kann, was wesentlich ist, um hohe Drücke ohne unzulässige Verformung des Mantels zu übertragen. Die Stützelemente können dabei an ihrer Oberfläche mit einem reibungsmindernden Belag versehen sein.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Innenseite des Mantels im Bereich der Einlauf- und/oder der Auslaufseite des Pressschuhs zumindest ein Stützelement mit konvexer Abstützfläche angeordnet. Bevorzugt sind dabei an beiden Seiten des Pressschuhs insbesondere symmetrisch angeordnete Stützelemente vorgesehen. Durch diese weiteren Stützelemente kann der Mantel der Schuhpresse vor dem Eintritt und nach dem Austritt in den Breitnip abgestützt werden, um auf diese Weise die Verformungen, welche durch das Führen durch den konkaven Pressschuh entstehen, zu reduzieren und so eine Drucksteigerung zuzulassen.
  • Sämtliche in dieser Anmeldung genannten Stützelemente können dabei als Druckelemente ausgebildet sein, d. h. ähnlich wie der Pressschuh zur Erzeugung eines Drucks gegen die Innenseite des Mantels der Schuhwalze ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt der Breitnip in Transportrichtung der Materialbahn eine Länge von ca. 3 bis 20 cm, insbesondere von 4 bis 15 cm, bevorzugt von 4 bis 10 cm. Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Mantel können auch über diese angegebenen Nip-Breiten Druckspannungen von bis zu 30 MPa auf den Mantel der Schuhwalze übertragen werden, ohne dass dieser dabei zerstört wird.
  • Vorteilhaft besitzt der Pressschuh eine elastische Anpassfläche, über die der Mantel geführt ist. Im Gegensatz zu Pressschuhen, die bei Walzen mit metallischem Mantel eingesetzt werden, wird bei dem erfindungsgemäßen weichen Mantel eine elastische Anpressfläche des Pressschuhs benötigt, um Markierungen in der kalandrierten Materialbahn zu vermeiden. Vorteilhaft wird daher ein Pressschuh verwendet, der eine einheitliche Ausbildung mit elastischer Anpressfläche besitzt, wobei auch hier eine Verteilung der Andruckelemente des Pressschuhs sowohl über die Länge als auch über die Breite des Nips möglich ist, um eine Druckprofilierung innerhalb des Breitnips zu erzielen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen
    • Fig. 1
    einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kalanderanordnung und
    Fig. 2
    einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Schuhwalze nach Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt eine Kalanderanordnung 1, welche eine Schuhwalze 2 sowie eine Gegenwalze 3 umfasst. Die Gegenwalze 3 kann dabei in bekannter Weise, beispielsweise als beheizbare Metallwalze ausgebildet sein.
  • Die Schuhwalze 3 umfasst einen ortsfesten Stützbalken 4, an dem ein Pressschuh 5 in an sich bekannter Weise so gelagert ist, dass eine konkav ausgebildete Pressfläche 6 des Pressschuhs 5 in Richtung auf die Gegenwalze 3 belastbar ist. Die konkave Pressfläche 6 ist dabei im Wesentlichen an die Außenfläche der Gegenwalze 3 angepasst.
  • Um den Stützbalken 4 und den Pressschuh 5 herum ist ein elastischer Mantel 7 angeordnet, der bei Abwesenheit der Gegenwalze 3 die Form eines zylindrischen Rohrs besitzt.
  • Im Betrieb werden die Schuhwalze 2 und die Gegenwalze 3 so gegeneinander geführt, dass die Gegenwalze 3 im Bereich des Pressschuhs 5 an der Außenseite des Mantels 7 der Schuhwalze 2 zur Anlage kommt, wodurch der Mantel 7 entsprechend der Pressfläche 6 des Pressschuhs 5 eine konkave Form annimmt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wird zwischen der Gegenwalze 3 und der Schuhwalze 2 ein Breitnip 8 ausgebildet, durch den eine Materialbahn 9 zum Kalandrieren geführt wird.
  • Durch den Pressschuh 5 kann der im Breitnip 8 auf die Materialbahn 9 wirkende Anpressdruck gesteuert werden, so dass durch Einwirkung von Hitze über die beheizbare Gegenwalze 3 und Druck die gewünschte Oberflächeneigenschaft der Materialbahn 9 beim Durchführen durch den Breitnip 8 erzielt wird.
  • Der Mantel 7 besitzt eine radial außen liegende Funktionsschicht 10, die aus einem elastischen Matrixmaterial, insbesondere einer Harz/Härter-Kombination besteht. Wie in Fig. 1 angedeutet ist, sind in die Funktionsschicht 10 Füllstoffe, beispielsweise in Form von Fasern 11, eingebettet, wobei der Volumenanteil der Fasern 11 jedoch relativ gering ist, so dass die Funktionsschicht eine vom Matrixmaterial 12 dominierte Schicht darstellt. Grundsätzlich kann die Funktionsschicht 10 auch vollkommen frei von Fasern 11 sein. Aufgrund des geringen Faseranteils ist die Funktionsschicht 10 relativ weich ausgebildet, so dass im Breitnip 8 eine gleichmäßige Verdichtung der Materialbahn 9 gewährleistet ist.
  • An die Funktionsschicht 10 schließt sich radial nach innen eine Basisschicht 13 des Mantel 7 an, die aus einem elastischen Matrixmaterial 14 mit darin eingebetteten Fasern 15 besteht. Der Anteil an Fasern 15 ist dabei wesentlich größer als bei der Funktionsschicht 10, so dass die Basisschicht 13 eine sehr hohe Steifigkeit im Vergleich zur Funktionsschicht 10 besitzt. Durch diese hohe Steifigkeit ist gewährleistet, dass der Mantel 7 mit sehr hohen Druckspannungen im Breitnip 8 belastet werden kann, ohne dass es zu einer Zerstörung des Mantels 7 kommt. Dadurch ist die Ausbildung eines ausreichenden Druckpolsters zur Kraftübertragung auf die Materialbahn im Breitnip 8 gewährleistet.
  • An die Basisschicht 13 schließt sich radial nach innen eine Gleitschicht 16 an, deren Fasergehalt wiederum deutlich geringer ist als der Fasergehalt der Basisschicht 13 und insbesondere ebenfalls gleich Null sein kann. Die Gleitschicht 16 besitzt an ihrer Innenseite einen sehr geringen Reibungswert, was beispielsweise durch ein relativ hartes Matrixmaterial 17 der Gleitschicht 16 erreicht werden kann. Durch die Gleitschicht 16 wird die Reibung im Betrieb zwischen dem Mantel 7 und dem Pressschuh 5 reduziert, wobei gleichzeitig zwischen der Gleitschicht 16 und der Pressfläche 6 des Pressschuhs 5 ein Schmiermittel in Form eines Ölfilms eingebracht werden kann.
  • In jeweils 90°-Abständen sind ausgehend vom Pressschuh 5 zusätzliche Stützelemente 18 vorgesehen, welche jeweils eine konvexe Stützfläche 19 besitzen, die an der Innenseite des Mantels 7 zur Anlage kommt und an die Form der Innenfläche des Mantels 7 angepasst ist.
  • Die Stützelemente 18 sind dabei ähnlich dem Pressschuh 5 radial nach außen belastbar, so dass der Mantel 7 durch die Stützelemente 18 zusätzlich in seiner zylindrischen Form abgestützt wird.
  • Zu beiden Seiten des Pressschuhs 5 sind weitere Stützelemente 20 vorgesehen, die unmittelbar im Bereich der Einlass- sowie der Auslassseite des Pressschuhs 5 an der Innenseite des Mantels 7 zur Anlage kommen und damit eine übermäßige Verformung des Mantels 7 in diesen Bereichen verhindern. So besitzen auch die Stützelemente 19 Stützflächen 20, die im Wesentlichen konvex an die Innenseite des Mantels 7 angepasst sind.
  • Aus dem Längsschnitt nach Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich der mehrschichtige Aufbau des Mantels 7 mit Funktionsschicht 10, Basisschicht 13 und Gleitschicht 16 auch über die Länge des Mantels 7 erstreckt. Der Mantel 7 ist mit seinen stirnseitigen Enden jeweils an zwei stirnseitig angeordneten als Scheiben ausgebildeten Abschlusselementen 22 befestigt, beispielsweise verklemmt oder verschraubt, die rotierbar gegenüber dem Stützbalken 4 gelagert sind. Durch den verstärkten und insbesondere im Wesentlichen selbsttragenden Aufbau des Mantels 7 wird ein Durchhängen zwischen den beiden Abschlusselementen 22 verhindert, so dass die Beanspruchung des Mantels 7 im Betrieb deutlich verringert werden kann.
  • Weiterhin ist aus Fig. 2 zu erkennen, dass durch den Pressschuh 5 der Mantel 7 radial nach außen gedrückt wird. Dadurch wird verhindert, dass die axial außerhalb des Bereichs des Pressschuhs 5 liegenden Abschnitte des Mantels 7 an die heiße Gegenwalze 3 gepresst werden, wodurch der Mantel 7 zerstört werden könnte. Im Bereich des Pressschuhs 5 wird durch die zwischen dem Mantel 7 und der beheizten Gegenwalze 3 vorhandene Materialbahn 9 eine ausreichende Isolierung erzeugt.
  • Durch das Stützelement 18 wird im Gegensatz zu dem Pressschuh 5 der Mantel 7 lediglich abgestützt, jedoch nicht wesentlich radial nach außen gedrückt, so dass die Beanspruchung des Mantels 7 durch das Stützelement 18 sowie analog durch die weiteren Stützelemente 18, die in Fig. 2 nicht zu sehen sind, gering gehalten wird.
  • Durch den erfindungsgemäßen mehrschichtigen Aufbau des Mantels 7 ist es möglich, die bei der Satinage von Materialbahnen 9, insbesondere von graphischen Papieren notwendige Druckspannung aufzubauen, ohne dass der Mantel bei diesen hohen Druckspannungen zerstört wird. Zusätzlich können viele Standardelemente, welche bereits bei den so genannten Biegeausgleichswalzen eingesetzt werden, verwendet werden, so dass eine wirtschaftliche Herstellung einer entsprechenden erfindungsgemäßen Walze möglich ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kalanderanordnung
    2
    Schuhwalze
    3
    Gegenwalze
    4
    Stützbalken
    5
    Pressschuh
    6
    Pressfläche
    7
    Mantel
    8
    Breitnip
    9
    Materialbahn
    10
    Funktionsschicht
    11
    Fasern
    12
    Matrixmaterial
    13
    Basisschicht
    14
    Matrixmaterial
    15
    Fasern
    16
    Gleitschicht
    17
    Matrixmaterial
    18
    Stützelement
    19
    Stützfläche
    20
    Stützelement
    21
    Stützfläche
    22
    Abschlusselemente

Claims (34)

  1. Kalanderanordnung zum Kalandrieren einer Materialbahn (9), insbesondere einer Papierbahn, mit einer Schuhwalze (2) und einer Gegenwalze (3), zwischen denen ein Breitnip (8) ausgebildet ist, durch den die Materialbahn (9) führbar ist, wobei die Schuhwalze (2) einen umlaufenden Mantel (7) umfasst, der an zwei rotierbar gelagerten, stirnseitig angeordneten Abschlusselementen (22) befestigt und über einen an die Außenseite der Gegenwalze (3) angepassten Pressschuh (5) in Richtung auf die Gegenwalze (3) belastbar ist, und der Mantel (7) eine radial innen liegende Basisschicht (13) und eine sich daran anschließende, radial außen liegende Funktionsschicht (10) umfasst, wobei die Basisschicht (13) aus einem durch eingebettete Fasern (15) verstärkten, elastischen Matrixmaterial (14) und die Funktionsschicht (10) aus einem Matrixmaterial (12) mit einem geringeren Fasergehalt als die Basisschicht (13) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (7) als im Wesentlichen selbsttragendes Rohr ausgebildet ist.
  2. Kalanderanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Funktionsschicht (10) aus einem im Wesentlichen faserfreien Matrixmaterial (12) besteht.
  3. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der radialen Innenseite des Mantels (7) eine Gleitschicht (16) zur Verringerung der Reibung zwischen dem Mantel (7) und dem Pressschuh (5) vorgesehen ist.
  4. Kalanderanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitschicht (16) aus einem im Wesentlichen faserfreien Matrixmaterial (17) besteht.
  5. Kalanderanordnung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitschicht (16) durch zumindest einen Teil der Basisschicht (13) gebildet wird.
  6. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gleitschicht (16) als separate Schicht ausgebildet ist.
  7. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial der Gleitschicht (16) und der Basisschicht (13) und/oder das Matrixmaterial der Gleitschicht (16) und der Funktionsschicht (10) aus dem gleichen Material besteht.
  8. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial der Gleitschicht (16) härter als das Matrixmaterial der Basisschicht (13) und/oder der Funktionsschicht (10) ist.
  9. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial der Basisschicht (13) und/oder der Funktionsschicht (10) und/oder gegebenenfalls der Gleitschicht (16) ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast oder ein Thermoplast ist.
  10. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die radiale Dicke der Basisschicht (13) ca. 3 bis 30 mm, insbesondere ca. 5 bis 20 mm beträgt.
  11. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die radiale Dicke der Funktionsschicht (10) ca. 5 bis 20 mm, insbesondere ca. 15 mm beträgt.
  12. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Fasergehalt der Basisschicht (13) und/oder der Funktionsschicht (10) radial von innen nach außen abnimmt.
  13. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest im radial außen gelegenen Bereich der Funktionsschicht (10) der Fasergehalt gleich Null ist.
  14. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der durchschnittliche Fasergehalt der Basisschicht (13) ca. 40 bis 70 Vol.-%, insbesondere ca. 50 bis 60 Vol.-%, bevorzugt ca. 55 Vol.-% beträgt.
  15. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der durchschnittliche Fasergehalt der Funktionsschicht (10) ca. 5 bis 20 Vol.-%, insbesondere ca. 8 bis 12 Vol.-% beträgt.
  16. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fasern (11, 15) als Glas- und/oder Kohlefasern und/oder als Metallfasern und/oder als metallbeschichtete Fasern ausgebildet sind.
  17. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die eingebetteten Fasern (11, 15) aus einer Mischung von Glas- und Kohlefasern bestehen, die jeweils im Wesentlichen gleichmäßig über die Länge des Mantels verteilt sind, wobei das Mischungsverhältnis von Glasfasern zu Kohlefasern zwischen ca. 60/40 und ca. 90/10, bevorzugt ca. 70/30 beträgt.
  18. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fasern (11, 15) in radial aufeinander folgenden, insbesondere voneinander beabstandeten Faserlagen angeordnet sind.
  19. Kalanderanordnung nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Faserlagen jeweils aus schräg zur Rotationsachse des Mantels (7) gewickelten, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Faserbündeln bestehen und für unterschiedliche Faserlagen die Winkellagen der Faserbündel zur Rotationsachse des Mantels (7) unterschiedlich sind.
  20. Kalanderanordnung nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für unterschiedliche Faserlagen die Winkellage der Faserbündel radial nach außen zunimmt.
  21. Kalanderanordnung nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Winkellage der innen liegenden Faserlagen zwischen 30° und 40° beträgt.
  22. Kalanderanordnung nach Anspruch 20 oder 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Winkellage (α, β) in Schritten von ca. 10° bis 20°, insbesondere von ca. 15° erhöht.
  23. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Faserbündel zweier unmittelbar aufeinander folgender Faserlagen gegengleich verlaufen, d.h. dass die Winkellagen der Faserbündel zweier unmittelbar aufeinander folgender Faserlagen symmetrisch zur Querschnittsfläche der Schuhwalze (2) sind.
  24. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial (12, 14) der Basisschicht (13) und der Funktionsschicht (10) aus dem gleichen Material besteht.
  25. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fasern (15) der Basisschicht (13) und gegebenenfalls die Fasern (11) der Funktionsschicht (10) aus dem gleichen Fasermaterial bestehen.
  26. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Mantels (7) Stützelemente (18) mit konvexer Abstützfläche (19) angeordnet sind.
  27. Kalanderanordnung nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stützelemente (18) in regelmäßigen Abständen, insbesondere jeweils um ca. 90°, 180° und 270° versetzt zu dem Pressschuh (5) angeordnet sind.
  28. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Innenseite des Mantels (7) im Bereich der Einlauf- und/oder der Auslaufseite des Pressschuhs (5) zumindest ein Stützelement (20) mit konvexer Abstützfläche (21) angeordnet ist.
  29. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial (12, 14, 17) der Basisschicht (13), der Funktionsschicht (10) und/oder gegebenenfalls der Gleitschicht (16) aus einer Harz/Härter-Kombination besteht.
  30. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Breitnip (8) in Transportrichtung der Materialbahn (9) eine Länge von ca. 3 bis 20 cm, insbesondere von ca. 4 bis 15 cm, bevorzugt von ca. 4 bis 10 cm besitzt.
  31. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Pressschuh (5) eine elastische Anpressfläche (6) besitzt, über die der Mantel (7) geführt ist.
  32. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fasern (11, 15) der Basisschicht (13) und/oder gegebenenfalls der Funktionsschicht (10) eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzen als das Matrixmaterial (12, 14), in das sie eingebettet sind.
  33. Kalanderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Basisschicht (13) und/oder gegebenenfalls in der Funktionsschicht (10) zusätzliche Füllstoffe, insbesondere in Pulverform, angeordnet sind.
  34. Kalanderanordnung nach Anspruch 33,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmeleitfähigkeit der zusätzlichen Füllstoffe größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Matrixmaterials (12, 14), insbesondere dass die Füllstoffe aus Kohlenstoff und/oder aus Metall bestehen.
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