EP2270280B1

EP2270280B1 - Kalander zur Behandlung einer Warenbahn

Info

Publication number: EP2270280B1
Application number: EP09008507A
Authority: EP
Inventors: Peter Dr. Svenka; Bernhard Dr. Brendel; Eduard Dr. Davydenko
Original assignee: Andritz Kuesters GmbH
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: WO2011000529A1; CN102099527A; CN102099527B; CA2765126A1; WO2011000529A8; EP2278067B1; US8545677B2; CN102199894B; US20120090801A1; CN102199894A; EP2278067A1; JP2012531528A; ATE534767T1; EP2270280A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kalander zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Verbesserung der Oberflächenqualität werden Papier- oder Kartonbahnen geglättet. Der gleichzeitig dabei auftretende Volumenverlust ist meist unerwünscht. Um die Glättung mit größtmöglicher Volumenschonung durchzuführen, kommen Kalander mit verlängertem Nip zum Einsatz. Man spricht insoweit auch von einem Breitnip.
Aus WO 01/98585 A1 ist bekannt, Schuhkalander mit Nipbreiten zwischen 50 mm und 70 mm einzusetzen und mit Linienlasten bis zu 400 N/mm zu betreiben. Die hierdurch erreichte volumenschonende Glättung wird durch eine lange Verweilzeit im Nip bei hoher Walzentemperatur oberhalb von 200°C bis 300°C erzielt. Die geringe Temperaturbeständigkeit des Belts erfordert einen hohen Aufwand zum Schutz vor Verbrennungen. Die hohen Walzentemperaturen verursachen ferner hohe Betriebskosten. Aufgrund der Forderung nach Dickenquerprofil-Kontrolle bei gleichzeitiger Glättung der Oberfläche ist bei Anwendung des Schuhkalanders ein weiterer Hartnip- oder Softnip-Kalander erforderlich. Dies verursacht erhebliche Kosten und führt zur Verminderung der Vorteile der volumenschonenden Glättung durch die durch den zusätzlichen Nip bedingte Dickenreduktion.
Aus EP 0 141 614 A2 ist ein Verfahren zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn bekannt, bei dem der verlängerte Nip zwischen einer beheizbaren Walze und einem umlaufenden Band gebildet wird. Entlang eines Umschlingungsabschnitts liegt das Band an der beheizbaren Walze an. Führungswalzen des umlaufenden Bandes steuern über die Bandspannung und die Verwendung als Anpresswalzen die Druckbelastung im verlängerten Nip. Walzentemperaturen von 120°C bis 315°C sind aber auch hier für die Glättung erforderlich.
Aus EP 1 478 805 B1 ist eine Vorrichtung zum Trocknen einer Faserstoffbahn bekannt, die gleichzeitig zum Kalandrieren verwendet werden kann. Hierzu ist ein Metallgurtkalander mit einem verlängerten Nip vorgesehen. Durch die Bandspannung wird eine Flächenpressung von etwa 0,01 MPa aufrechterhalten. Sowohl die Walze als auch das Metallband können beheizt werden, so dass beide Seiten einer Bahn geglättet werden können. Die Verwendung des Metallbandes ermöglicht dabei das Aufbringen erhöhter Temperaturen von mehr als 100°C und sogar hoch bis zu etwa 400°C. Diese erhöhte Temperatur ergibt zusammen mit einer langen Anwendungszeit und einem breiten Drucksteuerbereich ein gutes Kalandrierergebnis. Wegen des Metallbandes entsprechen die Effekte allerdings denen eines Hartnipkalanders, d.h. die Bahn neigt zum Mottling. Die Anwendung hoher Temperaturen ist wiederum kosten- und energieaufwändig.
Aus DE 10 2007 024 581 A1 ist ein Kalander und ein Verfahren zur Satinage bekannt, bei denen zwei mit umlaufenden Bändern gebildete Breitnips durch wenigstens einen kürzeren Nip unterbrochen werden. Der kürzere Nip ist dabei druckmäßig in der Regel höher beaufschlagt. Der erste Breitnip dient im Wesentlichen der Wärmezufuhr. Der kurze Pressspalt verursacht einen Glättimpuls auf die Bahn. Der zweite Breitnip dient der Vergleichmäßigung der Glättwirkung bei gleichzeitigem Abkühlen der Bahn. Bevorzugt wird ein Metallband, das wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft sein soll für den Eintrag von Wärme. Die Anwendung hoher Temperaturen von bis zu 300°C ist vorgesehen, wobei dies insbesondere für den ersten Breitnip gilt. Die bereits beschriebenen Nachteile hoher Temperaturen müssen folglich auch hier in Kauf genommen werden. Dieses Dokument zeigt die Merkmale des Oberbegriffs des vorliegenden Anspruchs 1.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kalander zu schaffen, der eine Papier- oder Kartonbahn volumenschonend glättet und dabei kosten- und energiesparend betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird ein Kalander geschaffen, bei dem die Papier- oder Kartonbahn vor dem Eintritt in den Nip eine Vorbehandlungsstrecke zur Erzeugung eines optimalen Temperaturprofils beim Glätten im Nip durchläuft. Die Walzenoberflächentemperatur der beheizbaren Walzen braucht dazu nur geringfügig höher gewählt werden als die Plastifizierungstemperatur der jeweiligen Papier- oder Kartonbahn bei einem wählbaren Feuchtegehalt. Beispielsweise kann mit einer insoweit nur um 10 - 30°C höheren Walzenoberflächentemperatur geglättet werden. Die Steigerung des Glätteffektes bei Softkalandern, Multinipkalandern und Kalandern mit verlängerten Nips ist dadurch möglich.
Die verlängerte Verweilzeit in Verbindung mit der elastischen Oberfläche des umlaufenden Bandes verbessert die Aufheizung der Papier- oder Kartonbahn deutlich. Es wird ein guter Wärmeübergang sichergestellt, da die Papier- oder Kartonbahn an die beheizbare Walze gleichmäßig angepresst wird, so dass beispielsweise Luftpolster, die den Wärmeübergang behindern könnten, weitgehend vermieden werden. Die Vorteile des vorgeschlagenen Kalanders ergeben sich also aus der verlängerten Verweilstrecke zum Aufheizen der Bahn in Verbindung mit der Ausbildung des umlaufenden Bandes, das eine Kontaktfläche des Behandlungsspaltes bildet.
Durch ein verlängertes Erwärmen der Papier- oder Kartonbahn in dem Behandlungsspalt ist eine gleichmäßige Erwärmung der Papier- oder Kartonbahn bis zur technologisch erforderlichen Tiefe möglich. Dazu sind Walzenoberflächentemperaturen im Bereich von 80°C bis 160°C im Allgemeinen hinreichend. Die Höhe der Temperatur wird zugunsten einer Verlängerung der Zeitspanne der Temperatureinwirkung reduziert. Die Reduzierung der Höhe der Temperatur für den thermisch-mechanischen Glättvorgang wird dann nur noch im Wesentlichen bestimmt durch die Plastifizierungstemperatur der verwendeten Faserstoffe einer Papier- oder Kartonbahn und deren Feuchtegehalt. Die elastische Oberfläche des Bandes stellt dabei einen gleichmäßigen Anpressdruck und damit einen gleichmäßigen Wärmeübertrag von der beheizten Walze auf die Papier- oder Kartonbahn sicher.
Der Anpressdruck wird durch die Spannung des Bandes eingestellt. Diese tangentiale Spannung des Bandes belastet das Band, das üblicherweise aus einem Kunststoff, einem Gummi, einem kunststoffbeschichteten Trägerwerkstoff oder einem gummibeschichteten Trägerwerkstoff besteht, weit weniger als eine radiale Spannung. Bei radialer Spannung neigt der Kunststoff zur Delamination eines Schichtenverbundes. Die thermische Beanspruchung des Bandes ist niedrig, so dass das Band eine lange Lebensdauer hat.
Eine volumenschonende Glättung wird also mit einem einem Nip vorgelagerten Behandlungsspalt erreicht, dessen Belt eine elastische bzw. weiche Oberfläche an der der Papier- oder Kartonbahn zugewandten Seite aufweist, wobei dieser Behandlungsspalt nach Art eines Breitnips im Gegensatz zu den bekannten Breitnips im Niedertemperaturbereich von beispielsweise 80°C bis 160°C betrieben wird. Die daraus folgende Energieersparnis ergibt sich aus reduzierter Wärmeabstrahlung und reduzierter Zwangskonvektion.
Der an den Breitnip zum Vorglätten sich dann anschließende Nip kann mit hohen Druckspannungen betrieben werden, da die bei niedrigen Temperaturen fehlende Eindringtiefe der (Überschuss)wärme in die Papier- oder Kartonbahn die Auswirkung der Glättung auf tiefer liegende Bereiche der Papier- oder Kartonbahn ausschließt. Diese bleiben elastisch. Eine größtmögliche Volumenschonung ist gegeben. Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung ist erhöht, da das Maß an Verlustwärme reduziert ist.
Mit dem erfingungsgemäßen Kalander ist es gelungen, die von einem gleichzeitigen Einsatz von Druck und Temperatur in dem Nip zu erwartenden Vorteile und Auswirkungen kosten- und energiesparend in dem Glättvorgang zu realisieren.
Die Verlustwärme wird insbesondere dann deutlich reduziert, wenn das umlaufende Band an der der Papier- oder Kartonbahn zugewandten Seite eine geschlossene Oberflächendecke aufweist. Die thermisch abdichtende und abschirmende Wirkung des umlaufenden Bandes auf die Papier- oder Kartonbahn im Behandlungsspalt wird gesteigert. Eine weitere Steigerung kann durch das Material der elastischen Oberfläche erreicht werden, das als thermischer Isolator wirken kann. Dazu weist dieses Material vorzugsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
Eine für das Erzielen der gewünschten Eindringtiefe der Wärme erforderliche Verweilzeit im Behandlungsspalt kann durch Verstellen der Anpresslänge des Bandes an den Umfang der beheizbaren Walze mittels Leitwalzen optimiert werden.
Das den Nip bildende Gegenelement ist vorzugsweise unmittelbar hinter dem Behandlungsspalt an der beheizbaren Walze angeordnet. Bevorzugt wird die Anwendung einer Biegeeinstellwalze zur gleichzeitigen Regelung der Eigenschaftsprofile der Bahn in Querrichtung. Das Gegenelement kann eine weiche Walze oder eine harte beheizbare Walze sein, wenn eine beidseitige Glättung erwünscht ist. Die Linienlast kann auf die jeweilige Zielsetzung angepasst werden.
Der Kalander kann einen oder mehrere Nips aufweisen, wobei bei mehreren Nips der Behandlungsspalt vorzugsweise dem ersten Nip vorgeordnet ist.
Bevorzugt kann eine kontrollierte Druckzunahme im Behandlungsspalt eingestellt werden, indem Leitwalzen für das umlaufende Band zusätzlich als Anpresswalzen arbeiten.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Kalanders,
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Kalanders gemäß Fig. 1,
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung von zwei Kalandern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 zeigt schematisch einen Kalander gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 zeigt schematisch einen Kalander gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung betrifft einen Kalander 1 zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn 2 mit mindestens einem Nip 3, der zwischen einer beheizbaren Walze 4 und einem Gegenelement 5 gebildet ist. Das Gegenelement 5 ist vorzugsweise eine Walze, insbesondere eine Biegeeinstellwalze, zur gleichzeitigen Regelung der Eigenschaftsprofile der Bahn 2 in Querrichtung. Das Gegenelement 5 ist vorzugsweise eine weiche Walze. Alternativ ist das Gegenelement 5 als harte Walze ausgebildet, die dann vorzugsweise beheizt ist, um die Papier- oder Kartonbahn 2 beidseitig glätten zu können. Die Niplänge des Nips 3 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 40 mm, je nach Art des Gegenelements 5, z.B. harte Walze, weiche Walze oder Schuhwalze. Die Walze 4 als auch das Gegenelement 5 können jeweils angetrieben sein, insbesondere für den Online-Betrieb des Kalanders. Die beheizbare Walze 4 wird beispielsweise auf Walzenoberflächentemperaturen von 80°C bis 160°C erhitzt in Abhängigkeit von der Plastifizierungstemperatur der jeweiligen Papier- oder Kartonbahn 2 und deren Feuchtegehalt.
Der Kalander 1 umfasst eine Einrichtung 6 zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks im Nip 3. Die Einrichtung 6 zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks ist hier beispielsweise ein Belastungszylinder. Alternativ oder zusätzlich kann das Gegenelement 5 mit einem inneren Hub ausgebildet sein, wodurch eine Druckbelastung im Nip 3 einstellbar ist.
Dem Nip 3 ist in Bahnlaufrichtung L eine Bahnbehandlungseinrichtung 7 mit zwei einen Behandlungsspalt 8 bildenden Kontaktflächen 9, 10 vorgeordnet. Die Kontaktfläche 9 ist eine umlaufende Kontaktfläche, die durch ein an Leitwalzen 11, 12, 13 umlaufendes Band 14 gebildet ist. Die andere Kontaktfläche 10 ist von der umlaufenden Außenwand der beheizbaren Walze 4 gebildet. Der Behandlungsspalt 8 erstreckt sich entlang eines Grades 15 der Umschlingung der beheizbaren Walze 4. Der Grad 15 der Umschlingung zum Variieren der Länge des Behandlungsspalts 8 ist in Abhängigkeit einer gewünschten Eindringtiefe der Wärme in die Papier- oder Kartonbahn 2 einstellbar. Durch Verstellen der Anpresslänge des Bandes 14 am Umfang der beheizbaren Walze 4 wird die wählbare Verweilzeit mittels der Leitwalzen 11, 12, 13 optimiert. Die Anpresslänge am Umfang der Walze 4 ist vorzugsweise von 0,25 bis 2,5 m variabel einstellbar.
Das umlaufende Band 14 presst mit einer elastischen Oberfläche zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Wärmeübertragung die Papier- oder Kartonbahn 2 an die beheizbare Walze 4. Die Leitwalzen 11, 12, 13 steuern Trumkräfte des umlaufenden Bandes 14 im Behandlungsspalt 8.
Der Anpressdruck im Behandlungsspalt 8 wird durch die Spannung des Bandes 14 eingestellt. Die maximale Zugspannung des Bandes 14 ist auf vorzugsweise 200 kN/m begrenzt. Die in der Vorbehandlungszone des Behandlungsspalts 8 erzielbare Druckspannung kann beispielsweise einen Wert im Bereich von 0,01 MPa bis 0,5 MPa annehmen. Dies hängt ab von der Bandspannung und den Abmessungen der beheizbaren Walze 4.
Die Bahn 2 kann vor dem Eintritt in den Behandlungsspalt 8 die beheizbare Walze 4 entlang eines Teilabschnitts umschlingen.
Die Oberflächentemperatur der beheizbaren Walze 4 wird vorzugsweise so geregelt, dass innerhalb der Verweilzeit der Bahn 2 unterhalb des Bandes 14 die Glasumwandlungstemperatur in einer für die jeweilige Zielsetzung des Glättvorganges optimalen Eindringtiefe erzielt wird. Für volumenschonende Glättung ist eine solche Aufwärmung nur bis zu einer Tiefe von etwa 10 µm erforderlich. Die Oberflächentemperatur und die Länge der Vorbehandlungsstrecke des Behandlungsspalts 8 werden so optimiert, dass der Betrieb mit einer Temperatur ermöglicht wird, die nicht wesentlich die Glasumwandlungstemperatur des zu plastifizierenden Oberflächenbereichs der Bahn 2 übersteigt. Die so vorbehandelte Bahn 2, die vor dem Kalander 1 zuvor mit Düsen- und/oder Dampfbefeuchter aufgefeuchtet werden kann, wird direkt hinter der Vorbehandlungsstrecke in dem Nip 3, insbesondere einem Soft- oder Hardnip, geglättet. Das den Nip 3 bildende Gegenelement 5, vorzugsweise eine Walze, ist unmittelbar hinter dem umschlungenen Abschnitt an der beheizbaren Walze 4 angeordnet. Auch eine Befeuchtung hinter dem Kalander 1 oder zwischen zwei Kalandern 1 ist möglich, falls dies technologisch erforderlich ist.
Ist das Gegenelement 5 eine Walze, so ist deren Durchmesser vorzugsweise kleiner gleich 90 % des Durchmessers der beheizbaren Walze 4. Hierdurch soll der Abstand zwischen dem Ende des Behandlungsspalts 8 und dem Einlauf in den Nip 3 möglichst klein gehalten werden.
Das umlaufende Band 14 hat eine elastische Oberfläche zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Anpressdrucks, der durch die Spannung des Bandes 14 einstellbar ist. Für eine thermische Wirkung des Bandes 14 auf die Papier- oder Kartonbahn 2 weist das umlaufende Band 14 an der der Papier- oder Kartonbahn 2 zugewandten Seite eine elastische Oberfläche auf, die eine geschlossene Oberflächendecke aufweist. Die von der beheizten Walze 4 ausgehende Wärmeübertragung zur Papier- oder Kartonbahn 2 wird durch das so ausgebildete umlaufende Band gegenüber der Umgebung im Behandlungsspalt 8 thermisch abgeschirmt. Die Einleitung der Wärme in die Papier- oder Kartonbahn 2 ist verbessert, da eine Wärmeabführung an die Umgebung reduziert ist. Ist die elastische Oberfläche ein thermischer Isolator, wird die Einleitung der Wärme in die Papier- oder Kartonbahn 2 weiter verbessert. Die elastische Oberfläche des umlaufenden Bandes 14 besteht deshalb vorzugsweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 10 W/mK, insbesondere kleiner gleich 5 W/mK, ganz bevorzugt kleiner gleich 1 W/mK. Das Band 14 besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 1 W/mK. Die Härte der elastischen Oberfläche liegt vorzugsweise im Bereich von 50 Shore A bis 92 Shore D.
Das Band 14 besteht vorzugsweise aus einem flachen Trägermaterial, das mit einer oder mehreren elastischen Schichten versehen ist. Ein solcher Kunststoff-Verbundwerkstoff besitzt eine hohe Zugfestigkeit. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Bandes kann ein Stützgewebe oder Stützband eingearbeitet sein. Das umlaufende Band 14 kann ferner aus einem mit einer elastischen Schicht versehenem Trägermaterial bestehen, wobei das Trägermaterial auch aus einem Metall bestehen kann. Die Härte des Metalls kann bei einer hinreichend dünnen elastischen Schicht für eine Glättung der dem umlaufenden Band 14 zugewandten Seite der Papier- oder Kartonbahn 2 sorgen. Die Rauigkeit der elastischen Oberfläche des Bandes 14 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 µm. Die dann gegebene Glätte der elastischen Oberfläche des Bandes 14 kann sich als Glätte auf der Papier- oder Kartonbahn 2 abbilden. Das Band 14 weist beispielsweise eine hitzebeständige Oberflächenbeschichtung auf, beispielsweise aus Silicon. Die hitzebeständige Beschichtung liefert eine hohe Verschleißfestigkeit und eine glatte Oberfläche.
Die Vorbehandlungsstrecke des Behandlungsspalts 8 dient insbesondere auch einer Vorglättung der Bahn 2.
Das umlaufende Band 14 weist ferner vorzugsweise nur eine geringe Dehnung auf, die kleiner gleich 7 % beträgt. Die beim Einstellen der Bandspannung im Band 14 aufgrund von Zugspannung im Band 14 auftretende Dehnung stört dann das Glätten nicht. Das Band 14 besitzt mindestens die gleiche Breite wie die Bahn 2. Die Dicke des Bandes 14 hängt von deren Breite und Länge ab und kann zwischen 4 und 20 mm betragen.
Mindestens eine der Leitwalzen 12 weist eine Einrichtung 16 zum wählbaren Spannen des Bandes 14 auf. Die Leitwalze 12 zum Spannen des Bandes 14 ist jeweils endseitig mittels einer Führung 18 verschiebbar bzw. schwenkbar gelagert. Fig. 2 zeigt als Führung 18 ein Hebelsystem. Auf das Hebelsystem wirkt ein Antriebselement 20, dem eine nicht dargestellte Wegmesseinrichtung zugeordnet ist.
Mindestens eine der Leitwalzen 11, 13 kann als Anpresswalze ausgebildet sein, die die Bahn 14 im Behandlungsspalt 8 entlang eines Abschnitts in Laufrichtung L durch zusätzliche radiale Druckbelastung presst. Eine Leitwalze 11, 13 ist vorzugsweise ein- und/oder auslaufseitig des Behandlungsspalts 8 als Anpresswalze ausgebildet. Die radiale Druckbelastung kann dabei einlaufseitig niedriger eingestellt sein als auslaufseitig oder umgekehrt. Eine solche Anpresswalze kann eine Biegeeinstellwalze sein.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Kalander 1, bei dem das Band 14 die beheizbare harte Walze 4 mehr als 180° umschlingt. Bevorzugt liegt der Grad 15 der Umschlingung bei Werten zwischen 90° und 270°, wobei besonders bevorzugt sind die Werte größer gleich 120°. Das umlaufende, endlose Band 14, das auch als Belt bezeichnet wird, wird durch drei Leitwalzen 11, 12, 13 in einer Schleife um die beheizbare Walze 4 geführt. Das Band 14 wird hier durch die Leitwalze 12 gespannt. Durch diese Spannung wird der Anpressdruck des Bandes 14 an die Bahn 2 bestimmt. Eine höhere Spannung des Bandes 14 hat auch einen höheren Anpressdruck der Bahn 2 zur Folge und begünstigt die Einebnung der Bahnoberfläche, d.h. die Vorglättung.
Die in dem Behandlungsspalt 8 konditionierte Bahn 2 wird in einem direkt folgenden und mit der gleichen beheizbaren Walze 4 ausgebildeten Nip 3 anschließend endgeglättet. Die Linienlast im Nip 3 ist an die zu erzielenden Glätteffekte anpassbar. Mittlere Druckspannungen mit Papier oder Karton im Nip 3 von 2 N/mm² bis 55 N/mm² sind einstellbar. Die Druckspannungen im unteren Bereich des genannten Bereichs dienen der Dickenkorrektur bei Karton. Die Druckspannungen im oberen Bereich des genannten Bereichs ermöglichen die Glättung hochwertiger Papiere, wie z.B. SC-, LWC- und MWC-Papiere oder holzfreier gestrichener Papiere. Durch eine direkte Anpressung der beiden Walzen, ohne dass ein Band 14 zwischen diesen beiden Walzen 4, 5 geführt ist, ist eine exakte Profilregelung möglich. Eventuell vorhandene Dickenunterschiede des Bandes 14 aufgrund von Fertigungstoleranzen oder thermischer Ausdehnung wirken sich auf das Glättergebnis nicht aus.
Da die Temperatur der beheizten Walze 4 und die Länge der unter dem Band 14 gebildeten Behandlungsstrecke so eingestellt werden, dass im Wesentlichen nur der oberflächennahe Bereich der Bahn 2 erwärmt wird, entsteht eine Konditionierstrecke, bei der das Innere der Bahn 2 unterhalb der Plastifizierungs- bzw. Glasumwandlungstemperatur verbleibt. Dadurch ist eine volumenschonende Glättung möglich. Die Dicke der oberflächennahen Schicht der Bahn 2, die über die Plastifizierungstemperatur gebracht wird, beträgt das Mehrfache der größten Unebenheiten der Papier- oder Kartonbahnoberfläche. Die Dicke der aufzuheizenden Schicht ist somit abhängig von der Rauigkeit der zu behandelnden Bahn 2. Die Länge des Behandlungsspalts 8 und die Geschwindigkeit der Bahn 2 in Laufrichtung L bestimmen die Verweilzeit der Bahn 2 im Behandlungsspalt 8 und somit auch die Eindringtiefe der Wärme in die Bahn 2 und die Schichtdicke, die auf eine Verformungstemperatur erwärmt wird.
Die mit der Bahn 2 in der Grenzschicht mitgeführte Umgebungsluft verschlechtert den Wärmeübergang von der beheizten Walze 4 an die Bahn 2. Eine wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs wird durch eine Entfernung der Grenzschicht erzielt. Dies kann beispielsweise durch eine Kontaktstrecke für einen anhaftenden Kontakt zwischen der Außenwand der beheizbaren Walze 4 und der Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn 2 einlaufseitig vor der Bahnbehandlungseinrichtung 7 geschehen. Geeignet ist ferner das Andrücken einer Leitwalze 11 gegen die beheizte Walze 4. Durch diese Maßnahmen kann die störende Grenzschicht entgegen der Laufrichtung der Bahn 2 verdrängt und der Wärmeübergang im Behandlungsspalt 8 weiter gesteigert werden.
Fig. 3 zeigt eine Kalanderanordnung mit zwei in Laufrichtung der Bahn 2 hintereinander angeordneten Kalandern 1. Hierdurch ist eine beidseitige Glättung der Bahn 2 möglich. In der gezeigten Kalanderanordnung wird zunächst die untere Bahnseite im ersten Kalander 1 geglättet und anschließend die obere Bahnseite im zweiten Kalander 1. Die Temperaturen der beiden beheizbaren Walzen 4 und die Linienlasten in den beiden Kalandern 1 sind voneinander unabhängig einstellbar. Dadurch kann die Zweiseitigkeit der Bahn 2 bezogen auf das Glättergebnis (unterschiedliche Glätte der zwei Seiten einer Bahn) minimiert oder, falls gewünscht, auch eine gezielte Zweiseitigkeit eingestellt werden. Alternativ kann auch zuerst die obere Bahnseite geglättet werden.
Die Kalander 1 gemäß der beschriebenen Ausführungsbeispiele können online oder offline betrieben werden. Für die Walzen 4 können Antriebe vorgesehen sein. Der Kalander 1 ermöglicht, der Oberfläche der Bahn 2 eine hohe Glätte zu verleihen, wobei das umlaufende Band 14 mechanisch und thermisch niedrig beansprucht ist.
Fig. 4 zeigt einen Multinip-Kalander für das Glätten hochwertiger Papiere. Der Behandlungsspalt 8 ist dann vorzugsweise vor dem ersten Nip vorgesehen. Wie vorstehend beschrieben, ist auch hier der Umschlingungsgrad 15 sowie der ausgeübte Anpressdruck variierbar. Der ausgeübte Anpressdruck wird bestimmt über die Bandspannung mit Hilfe mindestens einer verstellbaren Leitwalze 12. Damit besteht die Möglichkeit zur Anpassung an unterschiedliche Faserstoffmaterialien sowie der Behandlungsarten. Zum Vorheizen kann die Bahn 2 bereits vor dem Behandlungsspalt 8 auf die Mantelfläche der beheizbaren Walze 4 aufgebracht werden.
Fig. 5 zeigt einen Multinip-Kalander für das Glätten hochwertiger Papiere mit zwei Walzenstapeln, wie in Fig. 4 dargestellt. Der zweite Stapel dient vorzugsweise der Glättung einer zweiten Papierbahnseite. Die Endwalze 4, an der der Behandlungsspalt 8 ausgebildet ist, ist nunmehr die untere Endwalze. Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können für einen Geradlauf des Bandes die beidseitigen Führungen einer Steuerwalze über eine quer zur Laufrichtung des Bandes vorgesehene Sensoreinrichtung gesteuert zueinander ausrichtbar sein. Die Sensoreinrichtung erkennt die Position des Bandes 14 zur Mitte der beheizbaren Walze 4.

Claims

Kalander (1) zum Glätten einer Papier- oder Kartonbahn (2) mit mindestens einem Nip (3), der zwischen einer beheizbaren Walze (4) und einem Gegenelement (5) gebildet ist, einer Einrichtung (6) zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks im Nip (3) und einer dem Nip (3) vorgeordneten Bahnbehandlungseinrichtung (7) mit zwei einen Behandlungsspalt (8) bildenden Kontaktflächen (9, 10), von denen eine eine umlaufende Kontaktfläche (9) ist, die durch ein an Leitwalzen (11, 12, 13) umlaufendes Band (14) gebildet ist, die andere Kontaktfläche (10) von der umlaufenden Aussenwand der beheizbaren Walze (4) gebildet ist und der Behandlungsspalt (8) sich entlang eines Grades (15) der Umschlingung der beheizbaren Walze (4) erstreckt zur Erzeugung eines Temperaturprofils beim Glätten im Nip (3), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Wärmeübertragung das umlaufende Band (14) mit einer elastischen Oberfläche die Papier- oder Kartonbahn (2) an die beheizbare Walze (4) presst, und die Leitwalzen (11, 12, 13) Trumkräfte des umlaufenden Bandes (14) im Behandlungsspalt (8) steuern.
Kalander (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) an der der Papier- oder Kartonbahn (2) zugewandten Seite eine elastische Oberfläche aufweist, die eine geschlossene Oberflächendecke besitzt.
Kalander (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) an der der Papier- oder Kartonbahn (2) zugewandten Seite eine elastische Oberfläche aufweist, die einen den Behandlungsspalt (8) begrenzenden thermischen Isolator bildet.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Oberfläche aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 10 W/mK besteht.
Kalander (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Oberfläche aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 1 W/mK besteht.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad (15) der Umschlingung zum Verstellen der Länge des Behandlungsspalts (8) in Abhängigkeit einer Eindringtiefe der Wärme in die Papier- oder Kartonbahn (2) einstellbar ist.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (5) eine weiche Walze ist, deren Durchmesser kleiner gleich 90 % des Durchmessers der beheizbaren Walze (4) beträgt.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) eine elastische Oberfläche aus einem Kunststoff mit einer Härte im Bereich von 50 Shore A bis 92 Shore D hat.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Leitwalzen (11, 12, 13) eine Einrichtung (16) zum wählbaren Spannen des Bandes (14) aufweist.
Kalander (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwalze (12) zum Spannen des Bandes (14) jeweils endseitig mittels einer Führung (18) verschiebbar oder schwenkbar gelagert ist.
Kalander (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Geradlauf des Bandes (14) die Führungen (18) über eine quer zur Laufrichtung des Bandes (14) vorgesehene Sensoreinrichtung zueinander ausgleichbar sind.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitwalze (11, 13) als Anpresswalze ausgebildet ist, die die Bahn im Behandlungsspalt (8) entlang eines Abschnitts in Durchlaufrichtung durch zusätzlichen radialen Druckeinsatz presst.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktstrecke für einen anhaftenden Kontakt zwischen der Außenwand der beheizbaren Walze (4) und der Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn (2) der Bahnbehandlungseinrichtung (7) einlaufseitig vorgeordnet ist.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalander (1) ein Multinip-Kalander ist, der den Behandlungsspalt (8) vor dem ersten Nip (3) vorsieht.
Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Nip (3) ein weicher oder harter Nip ist, der eine Niplänge im Bereich von 1 bis 40 mm aufweist.