EP1674614A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn - Google Patents

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EP1674614A1
EP1674614A1 EP05105802A EP05105802A EP1674614A1 EP 1674614 A1 EP1674614 A1 EP 1674614A1 EP 05105802 A EP05105802 A EP 05105802A EP 05105802 A EP05105802 A EP 05105802A EP 1674614 A1 EP1674614 A1 EP 1674614A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
web
box
nip
heated
space
Prior art date
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Granted
Application number
EP05105802A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1674614B1 (de
Inventor
Dr. Jörg Rheims
Jochen Autrata
Günter Bonk
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
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH, Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1674614A1 publication Critical patent/EP1674614A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1674614B1 publication Critical patent/EP1674614B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • the invention relates to a device for treating a material web having at least one nip, through which the material web is guided and which is formed between a first circumferential, heated surface and a second circumferential surface, wherein the first surface is heated to at least 120 ° C and both Surfaces in the nip have the same direction of movement as the material web. Furthermore, the invention relates to a method for treating a material web, in which one passes the material web through a nip formed between a first circumferential, heated surface and a second circumferential surface, wherein the first surface is heated to at least 120 ° C.
  • Paper webs are performed to improve the surface quality and to solidify by at least one nip, which is usually formed in a so-called calender.
  • the nip can be formed by two rollers, one of which is heated. The other roller then often has an elastic surface.
  • the nip can also be heated by a roller and a cooperating shoe roll may be formed.
  • the shoe roll has a jacket, which is brought by a pressing element over a predetermined peripheral portion for abutment against the counter roll.
  • Other embodiments of the nip are of course also conceivable, for example, a configuration in which the nip is formed by two circumferential bands.
  • the surface quality can be improved by supplying heat to the paper web in the nip.
  • one of the two surfaces is heated, for example, the surface of a heated roller.
  • the working pressure is reduced more or less abruptly to the ambient pressure.
  • the paper still has a temperature above the boiling point of the water contained at approximately ambient pressure, ie about 1 bar, then the water evaporates abruptly. This is already a problem in itself, since thus the moisture content of the paper or board web can fall below a desired level. This can, for example, affect downstream processes, such as a printing process.
  • downstream processes such as a printing process.
  • upstream processes it is often not possible to increase the web moisture in front of the nip to remedy this problem.
  • the suddenly evaporating water can lead to entrainment and placement of fibers and thus to a deterioration of the surface quality. This also applies if the fibers are not completely torn out of the paper web.
  • the invention has for its object to obtain a good surface quality of the web.
  • This object is achieved in a device of the type mentioned above in that in the direction of movement behind the nip a box is arranged, which limits a space through which the material web is guided.
  • the space expediently extends over the entire width of the paper web. In the room there is almost ambient pressure. This would initially lead to steam coming out of the paper web and damaging the surface. However, since the steam can not escape to a greater extent due to the box from the room, an atmosphere containing saturated water vapor is formed in a relatively short period of time. Since water vapor is now present both within the paper web and outside the paper web, the transfer of water vapor from the paper web into the environment is severely limited. Ideally, it is even completely prevented. The paper web can now cool as it passes through the room without losing moisture. When she leaves the room, another cooling also finds no clear Moisture loss instead. In any case, the moisture loss is lower than without the box.
  • the box is closed except for an inlet opening, which is closed by the two surfaces, and an outlet opening, through which the material web is guided to the outside.
  • the escape of steam from the room is therefore limited to a considerable extent.
  • the web is covered on both sides by a vapor atmosphere, so that on either side of a flash evaporation, ie a sudden escape of steam, can take place.
  • the second surface is formed by a circumferential jacket, which is supported in the region of the box from the inside.
  • the second surface is thus formed on the surface of the shell of a shoe roll.
  • a jacket is in some ways compliant.
  • By supporting the jacket in the region of the box it is possible to achieve a predetermined tightness between the box and the jacket. This tightness can be achieved on the one hand by a sealing strip, which abuts the jacket during operation. On the other hand, it can be achieved to a lesser extent if there is a small gap between the jacket and the box. By the support but ensures that this gap has a predetermined size.
  • the space is bounded on one side by the material web, wherein the box of the heated surface is arranged adjacent. It makes sense to construct the box so that it covers the paper or board web on both sides so as to minimize the evaporation of the web as much as possible. But if this is not possible, e.g. for structural reasons, then the box should cover the hotter side of the train, so the side that has nip on the heated surface.
  • the box has a length that is chosen taking into account the temperature of the first surface and the speed of the material web so that the material web after passing through the room has a maximum temperature of 110 ° C.
  • the speed of the web and the temperature of the first surface are known. Therefore, knowing these two parameters, one can easily calculate the length of the space or determine it with sufficient accuracy by experiments or heat transfer calculations. If the material web at the end of the room is only 10 ° C or even only 5 ° C above the boiling point of water at ambient pressure, then the risk of flash evaporation with the rupture of the surface is significantly reduced.
  • the space in the direction of movement has a length in the range of 0.3 to 3 m.
  • a length is usually sufficient to cause the necessary cooling of the web after leaving the nip.
  • At least one wall of the box is heated to at least 100 ° C.
  • the temperature of 100 ° C stands for the boiling point of the water. If the pressure conditions change, this temperature must be raised or lowered. Heating the box minimizes the risk that steam will condense on the wall of the box. This would lead to dripping, which is undesirable.
  • the heated wall is arranged in the direction of gravity above the web.
  • the danger of drop formation is particularly critical.
  • the box is at least partially thermally insulated from the environment. This reduces the heat flow out of the room to the outside. This in turn saves energy and prevents dripping on the outside.
  • a blowing device which promotes fresh air into the room. With the help of the injector one can ensure that no condensation takes place in the room. So it is always a part of the vapor-saturated air in the box replaced by non-saturated ambient air. This takes into account the fact that the train quite more moisture can transport into the box, as can escape through the remaining openings and leaks from the box.
  • the injection device is preferably connected to a sensor which determines the relative humidity in the room. This can monitor whether there is a risk of condensation.
  • the injection device can be controlled accordingly.
  • the injector and the sensor are part of a scheme that limits the relative humidity in the room to a maximum of 99%. At this relative humidity there is no danger that drops will form due to condensate.
  • a plurality of nips are provided and the space is arranged behind the first nip.
  • the plurality of nips may be provided, for example, in a supercalender or in a Janus calender.
  • the moisture loss is usually greatest. This is where space has the biggest impact.
  • a plurality of nips are provided and the space is arranged behind the last nip. Behind the last nip you have the opportunity to set the humidity of the track again. In addition, you want to have the desired smooth surface after the last nip. This is easily ensured by the steam atmosphere in the room.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned above by passing the material web after leaving the nip through a space which is partially limited by the heated surface and in which one generates by means of the material web a vapor atmosphere.
  • the room is closed.
  • the moisture that the web brings by evaporation in the room so it remains in the form of a vapor atmosphere. If there is enough saturated steam in the room, then the steam can no longer pass from the paper web into the room.
  • the paper web can therefore cool as it passes through the room to a sufficient extent, so that after leaving the room there is no danger that the surface ruptures again by a sudden escape of the steam.
  • fresh air is blown into the room.
  • fresh air By injecting fresh air, one can remove some of the steam from the room. So you can hold the steam atmosphere at a predetermined relative humidity or humidity, so that the risk of condensation is reduced.
  • the relative humidity in the room is determined and, by blowing in fresh air, the relative humidity is limited to a maximum of 99%. This eliminates the risk of condensate droplet formation.
  • At least one boundary wall of the room is heated. This heating ensures that the steam atmosphere is retained in the room and no steam in the form of water can be deposited on the wall.
  • a device 1 for treating a material web 2 in the present case a web of paper or cardboard, has a nip 3, which is formed between a heated to at least 120 ° C roller 4 and a jacket 5 of a shoe roll 6.
  • heating channels 7 are shown, which are a possibility of heating.
  • the roller 4 can be heated in other ways, such as by an infrared heater or an inductive heating.
  • the jacket 5 of the shoe roll 6 is brought by a pressure shoe 8 at a peripheral portion of the heated roller 4 to the plant, of course, the web 2 between the roller 4 and the jacket 5 prevents direct application of the jacket 5 to the roller 4.
  • the nip 3 accordingly has a length in the direction of movement 9 of the web 2 in the range of 30 mm to 250 mm.
  • the nip 3 is formed as a broad nip. But it is also possible to form the nip 3 between a hard roll and a so-called soft roll with an elastic surface or even to use two hard rolls. It is also possible to form the nip 3 between two circumferential bands, which are then pressed against each other by Anpreß dichroism. Here, the nip 3 may well have a flat extension.
  • a box 10 is arranged, which surrounds a space 11 together with the roller 4 and the jacket 5.
  • the box 10 has an inlet opening 12 which is closed by the roller 4 and the jacket 5, and an outlet opening 13 through which the web 2 leaves the space 11.
  • the box 10 has a thermal insulation 14 which reduces heat transfer from the space 11 to the environment. Furthermore, the box 10 has a heating device 15, which acts at least on the arranged in the direction of gravity above the web 2 wall 16.
  • the heater 15 is shown here as a discrete element. In general, however, one will integrate the heater 15 in the wall 16 or, in a further preferred embodiment, in all walls of the box 10.
  • a humidity sensor 17 determines the relative humidity in the room 11 and reports this to a controller 18 on.
  • the regulator 18 is provided with a blowing device 19, which has a fan 20. With the help of the blower 20, fresh air can be sucked in via an intake 21 and blow into the space 11 via a preferably lateral inlet 22.
  • the box 10 is sealed by a first seal 23 with respect to the roller 4 and by a second seal 24 with respect to the jacket 5 of the shoe roller 6.
  • the jacket 5 is supported by a support 25, so that the jacket 5 has a defined position relative to the second seal 24 in the region of the second seal 24.
  • the seals 23, 24 may rest against the roller 4 or the jacket 5. However, one can also allow a small gap between the box 10 and the roller 4 and the jacket 5.
  • the box 10 is so large that the space 11 extends over the entire width of the web 2.
  • the box 10 is also closed laterally. The only larger opening through which steam could escape is the outlet opening 13. Alternatively, the box 10 can also be left open laterally if not too much steam is lost through these lateral openings. However, a closed configuration is preferred.
  • the length of the box 10 in the direction of movement 9 and thus the length of the space 11 in the direction of movement 9 is selected so that the web 2 at all treated in the device 1 varieties and under all intended operating conditions when exiting the box, a temperature below 110 ° C. or even below 105 ° C has. This applies to an ambient pressure of about 1 bar.
  • the temperature of the web 2 when exiting the box 10 should not be more than 10 ° C or even not more than 5 ° C above the boiling point of water at ambient pressure.
  • the web 2 cools without losing significant moisture.
  • the further cooling also takes place without significant loss of moisture, in each case significantly less than without the box 10th
  • the length of the box 10 will vary from site to site. The length can be determined by experiments or heat transfer calculations with sufficient accuracy. Usually, the space 11 will have a length in the range of 0.3 to 3 m in the direction of movement 9.
  • the box 10 is in principle applicable to all calenders, in which the surface 26 of the heated roll 4 has a temperature of about 120 ° C.
  • the temperature of the surface 27 of the shell 5 is of minor importance Importance.
  • the box 10 is particularly advantageous in calenders in which the web is smoothed with temperatures of the surface 26 of about 200 ° C.
  • the box 10 can be advantageously used in the illustrated extended-nip calender, since there is still a relatively high residence time in the nip 3 added to the high temperatures, so that after the nip 3 temperatures at the surface of the web 2, for example 150 ° C occur can.
  • the space 11 has a volume of 0.25 m 3 (0.5 m length x 0.1 m height x 5 m width), then even at the initial 0% ambient humidity, this volume is already saturated with vapor after about 30 seconds The atmosphere. Even if half of the steam should escape while the state of equilibrium to adjusted to saturated atmosphere, so despite this unfavorable assumption after about one minute, the saturation state is reached. Since this state of a steam-empty box sets only during startup of the device 1 from a standstill and since the production of the web after one minute usually not stable yet delivers the desired quality, this start-up phase for filling the box with steam without impact on the machine efficiency.
  • the box 10 is heated by means of the heating roller 4.
  • the box 10 isolates part of the circumference of the heated roll 4 from the environment.
  • the injection device 19 always replaces so much of the vapor-saturated air in the box 10 by non-saturated ambient air that no condensation can take place in the space 11. It makes sense that the relative humidity in space 11 is limited to about 99%.
  • the box 10 is designed to cover the web 2 on both sides so as to minimize the evaporation of the web 2 as much as possible. If this is not possible, for example, from constructive For reasons, the box 10 should cover at least the hotter side of the web 2, so the side of the web 2, which rests against the heated roller 4. In this case, the box 10 is adjacent only to the heated roller 4.
  • the invention can be applied not only to a calender or a roll machine with a nip, as has been explained in connection with the drawing.
  • the box can be used to create the desired vapor atmosphere behind one or more nips.
  • a favorable placement position is the spout behind the first nip.
  • the web In the first nip, the web usually loses most of the moisture. Accordingly, the room with the vapor-saturated effect here has a good influence on the amount of evaporating water.
  • An alternative or additional option is to arrange the space behind the last nip. It does not have to be the last nip of the calender. What is meant is the last of the nips, which treats the web the same way, ie, for example, the last nip on which one side of the web rests against a hard and therefore smooth roller. If the calender is provided with a Komnip to each satinate the two sides of the material web approximately equal, then can also be arranged behind the last nip, which treats the other side of the web with the hard and smooth roller, such a box with a vapor-saturated space.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Preliminary Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Behandeln einer Materialbahn (2) mit mindestens einem Nip (3) angegeben, durch den die Materialbahn (2) geführt ist und der zwischen einer ersten umlaufenden, beheizten Oberfläche (26) und einer zweiten umlaufenden Oberfläche (27) gebildet ist, wobei die erste Oberfläche (26) auf mindestens 120°C beheizbar ist und beide Oberflächen (26, 27) im Nip (3) die gleiche Bewegungsrichtung (9) wie die Materialbahn (2) aufweisen.
Man möchte eine gute Oberflächenqualität der Materialbahn erhalten.
Hierzu ist vorgesehen, daß in Bewegungsrichtung (9) hinter dem Nip (3) ein Kasten (10) angeordnet ist, der einen Raum (11) begrenzt, durch den die Materialbahn (2) geführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn mit mindestens einem Nip, durch den die Materialbahn geführt ist und der zwischen einer ersten umlaufenden, beheizten Oberfläche und einer zweiten umlaufenden Oberfläche gebildet ist, wobei die erste Oberfläche auf mindestens 120°C beheizbar ist und beide Oberflächen im Nip die gleiche Bewegungsrichtung wie die Materialbahn aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn, bei dem man die Materialbahn durch einen Nip führt, der zwischen einer ersten umlaufenden, beheizten Oberfläche und einer zweiten umlaufenden Oberfläche gebildet ist, wobei man die erste Oberfläche auf mindestens 120°C beheizt.
  • Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Papierbahn beschrieben. Sie ist jedoch auch bei anderen Materialbahnen anwendbar, bei denen ähnliche Probleme auftreten.
  • Papierbahnen werden zur Verbesserung der Oberflächengüte und zum Verfestigen durch mindestens einen Nip geführt, der in der Regel in einem sogenannten Kalander ausgebildet ist. Dabei kann der Nip durch zwei Walzen gebildet sein, von denen eine beheizt ist. Die andere Walze weist dann vielfach eine elastische Oberfläche auf. Der Nip kann aber auch durch eine beheizte Walze und eine damit zusammenwirkende Schuhwalze gebildet sein. Die Schuhwalze weist einen Mantel auf, der durch ein Anpreßelement über einen vorbestimmten Umfangsabschnitt zur Anlage an die Gegenwalze gebracht wird. Andere Ausgestaltungen des Nips sind natürlich ebenfalls denkbar, beispielsweise eine Ausgestaltung, bei der der Nip durch zwei umlaufende Bänder gebildet wird.
  • Es ist bekannt, daß die Oberflächengüte verbessert werden kann, wenn man der Papierbahn im Nip Wärme zuführt. Hierzu ist eine der beiden Oberflächen beheizt, beispielsweise die Oberfläche einer beheizten Walze. Dies hat zwar prinzipiell positive Auswirkungen auf die Oberfläche der Papierbahn, kann jedoch zu folgenden Problemen führen:
  • Am Ende des Nips wird der Arbeitsdruck mehr oder weniger schlagartig auf den Umgebungsdruck reduziert. Wenn nun das Papier noch eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des enthaltenen Wassers bei annähernd Umgebungsdruck, also ca. 1 bar, besitzt, dann verdampft das Wasser schlagartig. Dies ist bereits für sich ein Problem, da somit die Feuchte der Papier- oder Kartonbahn unter ein gewünschtes Niveau absinken kann. Dies kann beispielsweise nachgeordnete Prozesse, wie einen Druckprozeß, beeinträchtigen. Andererseits ist es aufgrund von technischen Einschränkungen vorgeordneter Prozesse oft nicht möglich, zur Abhilfe dieses Problems die Bahnfeuchte vor dem Nip zu erhöhen.
  • Weiterhin kann das schlagartig verdampfende Wasser zu einem Mitreißen und Aufstellen von Fasern und somit zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität führen. Dies gilt auch dann, wenn die Fasern nicht völlig aus der Papierbahn herausgerissen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gute Oberflächenqualität der Materialbahn zu erhalten.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in Bewegungsrichtung hinter dem Nip ein Kasten angeordnet ist, der einen Raum begrenzt, durch den die Materialbahn geführt ist.
  • Der Raum erstreckt sich zweckmäßigerweise über die gesamte Breite der Papierbahn. In dem Raum herrscht annähernd Umgebungsdruck. Dies würde zunächst dazu führen, daß auch hier Dampf aus der Papierbahn austritt und die Oberfläche beschädigt. Da der Dampf aber aufgrund des Kastens aus dem Raum nicht in einem größeren Maß entweichen kann, bildet sich in einer relativ kurzen Zeitspanne eine Atmosphäre aus, die gesättigten Wasserdampf enthält. Da nun sowohl innerhalb der Papierbahn als auch außerhalb der Papierbahn Wasserdampf vorhanden ist, ist der Übertritt von Wasserdampf aus der Papierbahn in die Umgebung stark beschränkt. Im Idealfall wird er sogar vollständig verhindert. Die Papierbahn kann nun beim Durchlaufen des Raumes abkühlen, ohne Feuchtigkeit zu verlieren. Wenn sie den Raum verläßt, findet eine weitere Abkühlung ebenfalls ohne deutlichen Feuchteverlust statt. In jedem Fall ist der Feuchteverlust geringer als ohne den Kasten.
  • Vorzugsweise ist der Kasten bis auf eine Eintrittsöffnung, die durch die beiden Oberflächen verschlossen ist, und eine Austrittsöffnung, durch die die Materialbahn nach außen geführt ist, geschlossen. Der Austritt von Dampf aus dem Raum wird also in erheblichem Maße beschränkt. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen wird die Umgebung nur in geringem Maße mit Dampf beaufschlagt. Dies vermeidet Kondensationsprobleme an kälteren Teilen von Maschinen. Darüber hinaus ist die Materialbahn auf beiden Seiten von einer Dampfatmosphäre abgedeckt, so daß auf keiner ihrer beiden Seiten eine Flash-Verdampfung, also ein schlagartiges Austreten von Dampf, erfolgen kann.
  • Vorzugsweise ist die zweite Oberfläche durch einen umlaufenden Mantel gebildet, der im Bereich des Kastens von innen abgestützt ist. Die zweite Oberfläche ist also an der Oberfläche des Mantels einer Schuhwalze gebildet. Ein derartiger Mantel ist in gewisser Hinsicht nachgiebig. Wenn man den Mantel im Bereich des Kastens abstützt, dann ist es möglich, eine vorbestimmte Dichtigkeit zwischen dem Kasten und dem Mantel zu erzielen. Diese Dichtigkeit kann einerseits durch eine Dichtungsleiste erzielt werden, die im Betrieb am Mantel anliegt. Sie kann andererseits im geringerem Umfang erreicht werden, wenn zwischen dem Mantel und dem Kasten ein kleiner Spalt vorhanden ist. Durch die Abstützung wird aber gewährleistet, daß dieser Spalt eine vorbestimmte Größe aufweist.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Raum auf einer Seite durch die Materialbahn begrenzt ist, wobei der Kasten der beheizten Oberfläche benachbart angeordnet ist. Sinnvollerweise wird man den Kasten so konstruieren, daß er die Papier- oder Kartonbahn auf beiden Seiten überdeckt, um so das Ausdampfen der Bahn so weit wie möglich zu minimieren. Ist dies aber nicht möglich, z.B. aus konstruktiven Gründen, dann sollte der Kasten die heißere Bahnseite abdecken, also die Seite, die im Nip an der beheizten Oberfläche angelegen hat.
  • Bevorzugterweise weist der Kasten eine Länge auf, die unter Berücksichtigung der Temperatur der ersten Oberfläche und der Geschwindigkeit der Materialbahn so gewählt ist, daß die Materialbahn nach dem Durchlaufen des Raums eine Temperatur von maximal 110°C aufweist. Die Geschwindigkeit der Materialbahn und die Temperatur der ersten Oberfläche sind bekannt. Man kann daher in Kenntnis dieser beiden Parameter die Länge des Raumes leicht ausrechnen oder durch Experimente oder Wärmeübergangsberechnungen mit hinreichender Genauigkeit bestimmen. Wenn die Materialbahn am Ende des Raumes nur noch 10°C oder sogar nur noch 5°C über der Siedetemperatur von Wasser bei Umgebungsdruck liegt, dann ist die Gefahr einer Flash-Verdampfung mit dem Aufreißen der Oberfläche ganz wesentlich vermindert.
  • Vorzugsweise weist der Raum in Bewegungsrichtung eine Länge im Bereich von 0,3 bis 3 m auf. Eine derartige Länge reicht in der Regel aus, um die notwendige Abkühlung der Bahn nach dem Verlassen des Nips zu bewirken.
  • Bevorzugterweise ist mindestens eine Wand des Kastens auf mindestens 100°C beheizt. Die Temperatur von 100°C steht dabei für den Siedepunkt des Wassers. Wenn sich die Druckverhältnisse ändern, muß diese Temperatur angehoben oder abgesenkt werden. Wenn man den Kasten beheizt, dann wird das Risiko minimiert, daß Dampf an der Wand des Kastens kondensiert. Dies würde zu einer Tropfenbildung führen, die unerwünscht ist.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß die beheizte Wand in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bahn angeordnet ist. Hier ist die Gefahr einer Tropfenbildung besonders kritisch.
  • Vorzugsweise ist der Kasten zumindest teilweise thermisch gegen die Umgebung isoliert. Man verringert dadurch den Wärmeabfluß aus dem Raum nach außen. Dies wiederum spart Energie und verhindert eine Tropfenbildung außen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Einblaseinrichtung vorgesehen, die Frischluft in den Raum fördert. Mit Hilfe der Einblaseinrichtung kann man dafür sorgen, daß im Raum keine Kondensatbildung stattfindet. Es wird also immer ein Teil der dampfgesättigten Luft im Kasten durch nicht gesättigte Umgebungsluft ersetzt. Damit trägt man der Tatsache Rechnung, daß die Bahn durchaus mehr Feuchtigkeit in den Kasten hineintransportieren kann, als durch die verbleibenden Öffnungen und Undichtigkeiten aus dem Kasten entweichen kann.
  • Vorzugsweise ist die Einblaseinrichtung mit einem Sensor verbunden, der die relative Feuchte im Raum ermittelt. Damit läßt sich überwachen, ob die Gefahr einer Kondensatbildung besteht. Die Einblaseinrichtung kann entsprechend gesteuert werden.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß die Einblaseinrichtung und der Sensor Teil einer Regelung sind, die die relative Feuchte im Raum auf maximal 99 % begrenzt. Bei dieser relativen Feuchte besteht keine Gefahr, daß sich Tropfen durch Kondensat bilden.
  • Vorzugsweise sind mehrere Nips vorgesehen und der Raum ist hinter dem ersten Nip angeordnet. Die mehreren Nips können beispielsweise in einem Superkalander oder in einem Janus-Kalander vorgesehen sein. Im ersten Nip ist der Feuchteverlust normalerweise am größten. Hier hat daher der Raum auch mit die größten Auswirkungen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß mehrere Nips vorgesehen sind und der Raum hinter dem letzten Nip angeordnet ist. Hinter dem letzten Nip hat man auf diese Weise noch einmal die Möglichkeit, die Feuchte der Bahn richtig einzustellen. Darüber hinaus möchte man nach dem letzten Nip die gewünschte glatte Oberfläche haben. Dies wird durch die Dampfatmosphäre in dem Raum auf einfache Weise gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man die Materialbahn nach dem Verlassen des Nips durch einen Raum führt, der teilweise durch die beheizte Oberfläche begrenzt ist und in dem man mit Hilfe der Materialbahn eine Dampfatmosphäre erzeugt.
  • Der Raum ist geschlossen. Die Feuchtigkeit, die die Bahn durch Ausdampfen in den Raum einbringt, bleibt also in Form einer Dampfatmosphäre erhalten. Wenn in dem Raum genügend gesättigter Dampf vorhanden ist, dann kann der Dampf nicht mehr aus der Papierbahn in den Raum übertreten. Die Papierbahn kann also beim Durchlaufen des Raumes in ausreichendem Maße abkühlen, so daß nach dem Verlassen des Raumes keine Gefahr mehr besteht, daß die Oberfläche durch ein schlagartiges Austreten des Dampfes wieder aufreißt.
  • Vorzugsweise bläst man Frischluft in den Raum ein. Durch das Einblasen von Frischluft kann man einen Teil des Dampfes aus dem Raum abfördern. Man kann also die Dampfatmosphäre bei einer vorbestimmten relativen Feuchtigkeit oder Feuchte halten, so daß die Gefahr einer Kondensatbildung vermindert ist.
  • Hierbei ermittelt man die relative Feuchte im Raum und begrenzt durch Einblasen von Frischluft die relative Feucht auf maximal 99 %. Damit wird das Risiko einer Tröpfchenbildung durch Kondensat ausgeschlossen.
  • Vorzugsweise beheizt man mindestens eine Begrenzungswand des Raumes. Durch diese Beheizung sorgt man dafür, daß die Dampfatmosphäre im Raum erhalten bleibt und sich kein Dampf in Form von Wasser an der Wand niederschlagen kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die
    • einzige Figur:
    eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn.
  • Eine Vorrichtung 1 zum Behandeln einer Materialbahn 2, im vorliegenden Fall einer Bahn aus Papier oder Karton, weist einen Nip 3 auf, der zwischen einer auf mindestens 120°C beheizten Walze 4 und einem Mantel 5 einer Schuhwalze 6 gebildet ist. In der Walze 4 sind Heizkanäle 7 dargestellt, die eine Möglichkeit der Beheizung sind. Natürlich kann die Walze 4 auch auf andere Weise beheizt werden, etwa durch eine Infrarotheizung oder eine induktive Heizung.
  • Der Mantel 5 der Schuhwalze 6 wird durch einen Anpreßschuh 8 an einem Umfangsabschnitt der beheizten Walze 4 zur Anlage gebracht, wobei natürlich die Bahn 2 zwischen der Walze 4 und dem Mantel 5 ein direktes Anlegen des Mantels 5 an die Walze 4 verhindert. Der Nip 3 hat dementsprechend eine Länge in Bewegungsrichtung 9 der Bahn 2 im Bereich von 30 mm bis 250 mm.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Nip 3 als Breitnip ausgebildet. Es ist aber auch möglich, den Nip 3 zwischen einer harten Walze und einer sogenannten weichen Walze mit einer elastischen Oberfläche auszubilden oder sogar zwei harte Walzen zu verwenden. Auch ist es möglich, den Nip 3 zwischen zwei umlaufenden Bändern auszubilden, die dann jeweils durch Anpreßschuhe gegeneinandergedrückt werden. Dabei kann der Nip 3 durchaus auch eine ebene Erstreckung haben.
  • In Bewegungsrichtung 9 hinter dem Nip 3 ist ein Kasten 10 angeordnet, der zusammen mit der Walze 4 und dem Mantel 5 einen Raum 11 umgibt. Der Kasten 10 weist eine Eingangsöffnung 12 auf, die durch die Walze 4 und den Mantel 5 verschlossen ist, und eine Ausgangsöffnung 13, durch die die Bahn 2 den Raum 11 verläßt.
  • Der Kasten 10 weist eine thermische Isolierung 14 auf, die einen Wärmeübergang vom Raum 11 in die Umgebung vermindert. Ferner weist der Kasten 10 eine Heizeinrichtung 15 auf, die zumindest auf die in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bahn 2 angeordnete Wand 16 wirkt. Die Heizeinrichtung 15 ist hier als diskretes Element dargestellt. In der Regel wird man jedoch die Heizeinrichtung 15 in die Wand 16 oder, in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung, in alle Wände des Kastens 10 integrieren.
  • Ein Feuchtigkeitssensor 17 ermittelt die relative Feuchtigkeit im Raum 11 und meldet diese an einen Regler 18 weiter. Der Regler 18 ist mit einer Einblaseinrichtung 19 verbunden, die ein Gebläse 20 aufweist. Mit Hilfe des Gebläses 20 läßt sich Frischluft über einen Ansaugstutzen 21 ansaugen und über einen vorzugsweise seitlichen Eingang 22 in den Raum 11 einblasen.
  • Ein zusätzlicher Dampfanschluß, mit dem man Dampf in den Raum 11 einblasen kann, ist zwar möglich, in der Regel aber nicht erforderlich, wie nachfolgend erläutert werden wird.
  • Der Kasten 10 ist über eine erste Dichtung 23 gegenüber der Walze 4 und über eine zweite Dichtung 24 gegenüber dem Mantel 5 der Schuhwalze 6 abgedichtet. Im Bereich der zweiten Dichtung ist der Mantel 5 durch eine Abstützung 25 unterstützt, so daß der Mantel 5 im Bereich der zweiten Dichtung 24 eine definierte Lage zu der zweiten Dichtung 24 aufweist.
  • Die Dichtungen 23, 24 können an der Walze 4 beziehungsweise dem Mantel 5 anliegen. Man kann jedoch auch einen kleinen Spalt zwischen dem Kasten 10 und der Walze 4 beziehungsweise dem Mantel 5 zulassen. Der Kasten 10 ist so groß, daß sich der Raum 11 über die gesamte Breite der Bahn 2 erstreckt. Der Kasten 10 ist auch seitlich geschlossen. Die einzige größere Öffnung, durch die Dampf austreten könnte, ist die Ausgangsöffnung 13. Alternativ dazu kann man den Kasten 10 auch seitlich offen lassen, wenn durch diese seitlichen Öffnungen nicht zu viel Dampf verloren geht. Eine geschlossene Ausgestaltung wird jedoch bevorzugt.
  • Die Länge des Kastens 10 in Bewegungsrichtung 9 und damit die Länge des Raumes 11 in Bewegungsrichtung 9 ist so gewählt, daß die Bahn 2 bei allen in der Vorrichtung 1 behandelten Sorten und unter allen vorgesehenen Betriebsbedingungen beim Austritt aus dem Kasten eine Temperatur unter 110°C beziehungsweise sogar unter 105°C besitzt. Dies gilt für einen Umgebungsdruck von etwa 1 bar. Anders ausgedrückt, sollte die Temperatur der Bahn 2 beim Austritt aus dem Kasten 10 nicht mehr als 10°C oder sogar nicht mehr als 5°C über der Siedetemperatur von Wasser bei Umgebungsdruck liegen. Dadurch kühlt die Bahn 2 ab, ohne signifikant Feuchte zu verlieren. Wenn sie den Kasten 10 verläßt, findet die weitere Abkühlung ebenfalls ohne deutlichen Feuchteverlust statt, in jedem Fall deutlich weniger als ohne den Kasten 10.
  • Da die erforderliche Länge des Kastens 10 von der produzierten Sorte der Bahn 2, dem Typ der Vorrichtung 1 und den Betriebsbedingungen sowie von der Geschwindigkeit der Bahn 2 abhängt, variiert die Länge des Kastens 10 von Einsatzort zu Einsatzort. Die Länge ist aber durch Experimente oder Wärmeübergangsberechnungen mit hinreichender Genauigkeit bestimmbar. Üblicherweise wird der Raum 11 eine Länge im Bereich von 0,3 bis 3 m in Bewegungsrichtung 9 aufweisen.
  • Der Kasten 10 ist prinzipiell bei allen Kalandern anwendbar, bei denen die Oberfläche 26 der beheizten Walze 4 eine Temperatur von über 120°C besitzt. Die Temperatur der Oberfläche 27 des Mantels 5 ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Der Kasten 10 ist aber vor allem bei Kalandern von Vorteil, bei denen die Bahn mit Temperaturen der Oberfläche 26 von über 200°C geglättet wird. Vor allem ist der Kasten 10 bei dem dargestellten Breitnip-Kalander vorteilhaft einsetzbar, da hier zu den hohen Temperaturen noch eine relativ hohe Verweilzeit im Nip 3 hinzukommt, so daß nach dem Nip 3 Temperaturen an der Oberfläche der Bahn 2 von beispielsweise 150°C auftreten können.
  • Eine zusätzliche Dampfeinspeisung, um erstmals eine dampfgesteuerte Atmosphäre zu erhalten oder um eine solche aufrecht zu erhalten, ist in der Regel nicht erforderlich, wie die nachfolgende Abschätzung aufzeigt: Im Sättigungszustand enthält 1 m3 Luft bei 100°C und 1,013 bar etwa 0,6 kg Wasser. Verliert die Bahn 2 im Raum 11 zu Beginn des Betriebs, in dem noch keine Dampfatmosphäre im Raum 11 vorliegt, nur 0,5 g Wasser pro m2 ihrer Oberfläche (im Betrieb kann dieser Wert durchaus auf ein Mehrfaches steigen) und wird die Vorrichtung 1 bei 500 m/min betrieben (viele Vorrichtungen laufen heute bereits mit 2000 m/min), so verdampfen in diesem sehr ungünstig angenommenen Fall im Nip einer 5 m breiten Maschine 1250 g Wasser pro Minute.
  • Wenn der Raum 11 ein Volumen von 0,25 m3 (0,5 m Länge x 0,1 m Höhe x 5 m Breite), so befindet sich in diesem Volumen selbst bei anfänglich 0 % Umgebungsfeuchte bereits nach ca. 30 Sekunden eine dampfgesättigte Atmosphäre. Selbst wenn die Hälfte des Dampfes entweichen sollte, während sich der Gleichgewichtszustand zur dampfgesättigten Atmosphäre einstellt, so ist trotz dieser ungünstigen Annahme nach etwa einer Minute der Sättigungszustand erreicht. Da sich dieser Zustand eines dampfleeren Kastens nur beim Hochfahren der Vorrichtung 1 aus dem Stillstand einstellt und da die Produktion der Bahn nach einer Minute in der Regel ohnehin noch nicht stabil die gewünschte Qualität liefert, ist diese Anfahrphase zur Befüllung des Kastens mit Dampf ohne Auswirkung auf den Maschinenwirkungsgrad.
  • Da die Wände des Kastens 10 auf knapp über 100°C beheizt und gegen die Umgebung isoliert sind, wird eine Tropfenbildung vermieden, welche die Qualität der produzierten Bahn beeinträchtigen könnte.
  • Da die beheizte Walze 4 zumindest einen Teil der vorderen Begrenzung des Kastens 10 bildet, wird der Kasten 10 mit Hilfe der Heizwalze 4 beheizt. Der Kasten 10 isoliert einen Teil des Umfangs der beheizten Walze 4 gegen die Umgebung.
  • Die Einblaseinrichtung 19 ersetzt immer so viel der dampfgesättigten Luft im Kasten 10 durch nicht gesätttigte Umgebungsluft, daß im Raum 11 keine Kondensbildung stattfinden kann. Sinnvollerweise ist die relative Feuchte im Raum 11 auf etwa 99 % begrenzt.
  • Wenn möglich, wird der Kasten 10 so konstruiert, daß er die Bahn 2 auf beiden Seiten überdeckt, um so das Ausdampfen der Bahn 2 so weit wie möglich zu minimieren. Ist dies nicht möglich, beispielsweise aus konstruktiven Gründen, so sollte der Kasten 10 zumindest die heißere Seite der Bahn 2 abdecken, also die Seite der Bahn 2, die an der beheizten Walze 4 anliegt. In diesem Fall ist der Kasten 10 nur der beheizten Walze 4 benachbart.
  • Durch den Kasten 10 läßt sich also die Feuchte in der Bahn 2 halten. Ein Aufreißen der Oberfläche durch schlagartiges Verdampfen wird zuverlässig vermieden.
  • In nicht näher dargestellter Weise kann die Erfindung nicht nur bei einem Kalander oder einer Walzenmaschine mit einem Nip angewendet werden, wie dies im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert worden ist. Auch bei einem Kalander mit mehreren Nips läßt sich der Kasten verwenden, um hinter einem oder mehreren Nips die gewünschte Dampfatmosphäre zu erzeugen. Hierbei wird man aus Kostengründen den Kasten nicht unbedingt hinter jedem Nip anordnen. In vielen Fällen ist eine günstige Anordnungs-Position der Auslauf hinter dem ersten Nip. Im ersten Nip verliert die Bahn in der Regel die meiste Feuchtigkeit. Dementsprechend hat der Raum mit der dampfgesättigten Wirkung hier einen guten Einfluß auf die Menge des ausdampfenden Wassers.
  • Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, den Raum hinter dem letzten Nip anzuordnen. Dabei muß es sich nicht um den absolut letzten Nip des Kalanders handeln. Gemeint ist vielmehr der letzte der Nips, der die Bahn gleich behandelt, also beispielsweise der letzte Nip, an dem eine Seite der Bahn an einer harten und damit glatten Walze anliegt. Wenn der Kalander mit einem Wechselnip versehen ist, um die beiden Seiten der Materialbahn jeweils annähernd gleich zu satinieren, dann kann auch hinter dem letzten Nip, der die andere Seite der Bahn mit der harten und glatten Walze behandelt, ein derartiger Kasten mit einem dampfgesättigten Raum angeordnet sein.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn mit mindestens einem Nip, durch den die Materialbahn geführt ist und der zwischen einer ersten umlaufenden, beheizten Oberfläche und einer zweiten umlaufenden Oberfläche gebildet ist, wobei die erste Oberfläche auf mindestens 120°C beheizbar ist und beide Oberflächen im Nip die gleiche Bewegungsrichtung wie die Materialbahn aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung (9) hinter dem Nip (3) ein Kasten (10) angeordnet ist, der einen Raum (11) begrenzt, durch den die Materialbahn (2) geführt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (10) bis auf eine Eintrittsöffnung (12), die durch die beiden Oberflächen (26, 27) verschlossen ist, und eine Austrittsöffnung (13), durch die die Materialbahn (2) nach außen geführt ist, geschlossen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (27) durch einen umlaufenden Mantel (5) gebildet ist, der im Bereich des Kastens (10) von innen abgestützt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (11) auf einer Seite durch die Materialbahn (2) begrenzt ist, wobei der Kasten (10) der beheizten Oberfläche (26) benachbart angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (10) eine Länge aufweist, die unter Berücksichtigung der Temperatur der ersten Oberfläche (26) und der Geschwindigkeit der Materialbahn (2) so gewählt ist, daß die Materialbahn (2) nach dem Durchlaufen des Raums (11) eine Temperatur von maximal 110°C aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (11) in Bewegungsrichtung (9) eine Länge im Bereich von 0,3 bis 3 m aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand (16) des Kastens (10) auf mindestens 100°C beheizt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizte Wand (16) in Schwerkraftrichtung oberhalb der Bahn (2) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (10) zumindest teilweise thermisch gegen die Umgebung isoliert ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einblaseinrichtung (19) vorgesehen ist, die Frischluft in den Raum (11) fördert.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaseinrichtung (19) mit einem Sensor (17) verbunden ist, der die relative Feuchte im Raum ermittelt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaseinrichtung (19) und der Sensor (17) Teil einer Regelung (17-19) sind, die die relative Feuchte im Raum (11) auf maximal 99 % begrenzt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nips vorgesehen sind und der Raum hinter dem ersten Nip angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nips vorgesehen sind und der Raum hinter dem letzten Nip angeordnet ist.
  15. Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn, bei dem man die Materialbahn durch einen Nip führt, der zwischen einer ersten umlaufenden, beheizten Oberfläche und einer zweiten umlaufenden Oberfläche gebildet ist, wobei man die erste Oberfläche auf mindestens 120°C beheizt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialbahn nach dem Verlassen des Nips durch einen Raum führt, der teilweise durch die beheizte Oberfläche begrenzt ist und in dem man mit Hilfe der Materialbahn eine Dampfatmosphäre erzeugt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man Frischluft in den Raum einbläst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die relative Feuchte im Raum ermittelt und durch Einblasen von Frischluft die relative Feucht auf maximal 99 % begrenzt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Begrenzungswand des Raumes beheizt.
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