EP2275601A1 - Kalander zum Glätten einer Papier oder Kartonbahn - Google Patents

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EP2275601A1
EP2275601A1 EP09008728A EP09008728A EP2275601A1 EP 2275601 A1 EP2275601 A1 EP 2275601A1 EP 09008728 A EP09008728 A EP 09008728A EP 09008728 A EP09008728 A EP 09008728A EP 2275601 A1 EP2275601 A1 EP 2275601A1
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EP
European Patent Office
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calender
nip
paper
web
treatment
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EP09008728A
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English (en)
French (fr)
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EP2275601B1 (de
Inventor
Peter Dr. Svenka
Bernhard Dr. Brendel
Eduard Dr. Davydenko
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Andritz Kuesters GmbH
Original Assignee
Andritz Kuesters GmbH
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Publication date
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Priority to PL09008728T priority patent/PL2275601T3/pl
Priority to EP09008728A priority patent/EP2275601B1/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
    • 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
    • D21G1/0066—Calenders; Smoothing apparatus using a special calendering belt

Definitions

  • the invention relates to a calender for smoothing a paper or board web according to the preamble of claim 1.
  • a calender and a method for calendering are known in which two wide nips formed with circumferential bands are interrupted by at least one shorter nip.
  • the shorter nip is pressurized usually higher applied.
  • the first wide nip essentially serves to supply heat.
  • the short press nip causes a smoothing pulse on the web.
  • the second wide nip serves to even out the smoothness effect simultaneous cooling of the web.
  • Preference is given to a metal strip, which should be advantageous for the entry of heat because of the high thermal conductivity.
  • the application of high temperatures of up to 300 ° C is provided, and this applies in particular to the first wide nip. The disadvantages of high temperatures must therefore be accepted.
  • Object of the present invention is to provide a calender, the cost of a paper or board web and energy-saving smoothes.
  • a calender in which the paper or board web passes through a pretreatment section before entering the nip and the spring material of the circulating belt supports the generation of an optimized temperature profile in the paper or board web.
  • An optimized temperature profile enables a cost and energy-saving smoothing of the paper or board web in the nip.
  • Prolonged and spring-assisted heating of the paper or board web in the treatment nip improves uniform heating of the paper or board web to the technologically required depth.
  • Roll surface temperatures in the range of 80 ° C to 160 ° C are then generally sufficient. The amount of temperature will be in favor of lengthening the period of time Temperature effect with elastic contact protection between cardboard or paper web and heated roller reduced.
  • the reduction in the height of the temperature for the thermal-mechanical smoothing process is then only essentially determined by the plasticizing temperature of the fibrous materials used in a paper or board web and their moisture content.
  • the elastic thickness range of the band thereby ensures a resilient contact pressure and thus a uniform heat transfer from the heated roller to the paper or board web safely. For example, air cushions from unevenness of the paper or board web, which could hinder the heat transfer, are reliably reduced.
  • the roll surface temperature of the heated rolls need only be selected to be slightly higher than the plasticizing temperature of the respective paper or board web at a selectable moisture content. For example, it is possible to smooth out with a roller surface temperature which is only about 10 to 30 ° C. higher. Increasing the smoothness effect on soft calenders, multinip calenders and calenders with extended nips is possible.
  • the resulting energy savings result from reduced heat radiation and reduced forced convection.
  • the heat loss can be further reduced if the circulating belt has a closed surface cover on the side facing the paper or board web.
  • the thermally sealing and shielding effect of the circulating belt on the paper or board web in the treatment nip is increased.
  • a further increase can be achieved by the material of the elastic surface, which can act as a thermal insulator.
  • this material preferably has a low thermal conductivity.
  • One required to achieve the desired depth of penetration of the heat Dwell time in the treatment gap can be optimized by adjusting the Anpressplicin the tape to the circumference of the heatable roll by means of guide rollers.
  • the counter-element forming the nip is preferably arranged directly behind the treatment gap on the heatable roller. Preference is given to the use of a bending adjustment roller for simultaneous control of the property profiles of the web in the transverse direction.
  • the counter-element may be a soft roller or a hard heatable roller if bilateral smoothing is desired.
  • the line load can be adapted to the respective objective.
  • the calender may have one or more nips, wherein with several nips the treatment gap is preferably arranged upstream of the first nip.
  • a controlled local increase in pressure can be adjusted in the treatment gap by guide rollers for the circulating belt additionally work as pressure rollers.
  • Fig. 1 shows a calender 1 for smoothing a paper or board web 2 with at least one nip 3, which is formed between a heatable roller 4 and a counter element 5.
  • the counter element 5 is preferably a roller, in particular a Biegeeinstellwalze, for simultaneous control of the property profiles of the web 2 in the transverse direction.
  • the counter element 5 is preferably a soft roller.
  • the counter element 5 is formed as a hard roller, which is then preferably heated in order to smooth the paper or board web 2 on both sides.
  • the nip length of the nip 3 is preferably in the range of 1 to 40 mm, depending on the nature of the counter element 5, for example hard roller, soft roller or shoe roller. When using a shoe roll, the nip 3 may preferably have nip lengths in the range of 20 to 300 mm.
  • the roll 4 as well as the counter element 5 can each be driven, in particular for the online operation of the calender 1.
  • the heatable roll 4 is heated, for example, to roll surface temperatures of 80 ° C to 160 ° C depending on the plasticizing temperature of the respective paper or Cardboard web 2 and its moisture content.
  • the calender 1 comprises a device 6 for generating a predetermined pressure in the nip 3.
  • the device 6 for generating a predetermined pressure is here for example a loading cylinder.
  • the counter element 5 may be formed with an inner stroke, whereby a pressure load in the nip 3 is adjustable.
  • the nip 3 is in the web running direction L, a web treatment device 7 with two treatment gap 8 forming contact surfaces 9, 10 upstream.
  • the contact surface 9 is a circumferential contact surface, which is formed by a belt 14 circulating on guide rollers 11, 12, 13.
  • the other contact surface 10 is formed by the circumferential outer wall of the heatable roller 4.
  • the treatment gap 8 extends along a degree 15 of the wrapping of the heatable roller 4.
  • the degree 15 of the wrap for varying the length of the treatment gap 8 is adjustable depending on a desired penetration depth of the heat into the paper or board web 2.
  • the circulating belt 14 has an elastic thickness region 17 on the side facing the paper or board web 2 in order to optimize the thermal efficiency of the heat transfer from the heatable roll 4 to the paper or board web 2.
  • the elastic thickness region 17 has a spring rate which is smaller than the spring rate of the paper or board web 2 at the beginning of the treatment in the treatment gap 8.
  • the elastic thickness region 17 is preferably formed by an elastic layer which is arranged on a carrier material 19 of the belt 14.
  • the elastic layer thus forms, for example, a support.
  • the elastic thickness region 17 is preferably made of an elastomer, on the thickness and hardness of which the spring rate thereof is adjustable.
  • the spring rate of the paper or board web 2 at the beginning of the treatment in the treatment gap is 0.01 to 1 MPa / ⁇ m, preferably 0.1 to 0.5 MPa / ⁇ m.
  • the spring rate of the elastic thickness region 17 is preferably also in a range of 0.01 to 1 MPa / ⁇ m. In relation to the spring rate of the paper or board web 2 at the beginning of the treatment in the treatment gap 8, however, this spring rate of the elastic thickness range 17 is chosen to be smaller, in particular preferably at least 10% smaller.
  • the guide rollers 11, 12, 13 control a belt tension of the circulating belt 14 for pressurizing in the treatment gap 8.
  • the contact pressure in the treatment gap 8 is adjusted by the tension of the belt 14.
  • the maximum tensile stress of the belt 14 is limited to preferably 200 kN / m.
  • the compressive stress which can be achieved in the pretreatment zone of the treatment gap 8 can, for example, assume a value in the range from 0.01 MPa to 0.5 MPa. This depends on the belt tension and the dimensions of the heatable roller 4. Before entering the treatment gap 8, the web 2 can wrap around the heatable roller 4 along a partial section.
  • the surface temperature of the heatable roller 4 is preferably controlled so that within the residence time of the web 2 below the belt 14, the glass transition temperature is achieved in an optimum for the respective objective of the smoothing process penetration depth. For a volume-smoothing smoothing is often a penetration depth of about 10 microns sufficient.
  • the surface temperature and the length of the pretreatment path of the treatment nip 8 are optimized to allow operation at a temperature that does not significantly exceed the glass transition temperature of the surface area of the web 2 to be plasticized.
  • the thus pretreated web 2, which can be moistened before the calender 1 beforehand with nozzle and / or steam humidifier, is smoothed directly behind the pretreatment section in the nip 3, in particular a soft or hard nip.
  • the counter element 5 is a roller, its diameter is preferably less than or equal to 90% of the diameter of the heatable roller 4. In this way, the distance between the end of the treatment gap 8 and the inlet into the nip 3 should be kept as small as possible.
  • the circulating belt 14 has an elastic thickness region 17 for ensuring a uniform contact pressure, which is adjustable by the tension of the belt 14.
  • the circulating belt 14 on the paper or board web 2 side facing a closed surface cover.
  • the emanating from the heated roller 4 heat transfer to the paper or board web 2 is formed by the so-formed circumferential band 14 against the environment in the treatment gap 8 thermally shielded.
  • the introduction of heat into the paper or board web 2 is improved because heat dissipation to the environment is reduced.
  • the elastic thickness region 17 with closed surface cover 21 forms a thermal insulator which further improves the introduction of the heat into the paper or board web 2.
  • the elastic thickness region 17 of the circulating belt 14 preferably consists of a material with a thermal conductivity of less than or equal to 10 W / mK, in particular less than or equal to 5 W / mK, very preferably less than or equal to 1 W / mK.
  • the hardness of the elastic thickness region 17 is preferably in the range of 50 Shore A to 92 Shore D.
  • the height of the elastic thickness region 17 is preferably 1 to 18 mm.
  • the overall height (thickness) of the band 14 is preferably in a range of 4 to 30 mm.
  • the band 14 preferably comprises a flat substrate 19 provided with one or more elastic layers.
  • support material 19 high-strength plastic fibers, glass fibers or carbon fibers can be used. Such a composite material has a high tensile strength.
  • a support fabric or support band may be incorporated from the aforementioned fibers.
  • the circulating belt 14 may further consist of a carrier material 19 provided with an elastic thickness region 17, wherein the carrier material 19 may also consist of a metal mesh or metal strip.
  • the roughness of the surface of the belt 14 is preferably in the range of 0.5 to 5 microns. The then given smoothness of the surface of the belt 14 may be reflected as smoothness on the paper or board web 2.
  • the tape 14 further includes, for example, a heat-resistant surface coating, such as silicone.
  • a heat-resistant surface coating such as silicone.
  • the heat-resistant coating provides high wear resistance and a smooth surface.
  • the circulating belt 14 further preferably has only a small elongation which is less than or equal to 7%. The strain occurring when adjusting the belt tension in the belt 14 due to tension in the belt 14 then does not disturb the smoothing.
  • the band 14 has at least the same width as the web 2. The thickness of the band 14 depends on its width and length and may be between 4 and 20 mm.
  • At least one of the guide rollers 12 has a device 16 for selectively tensioning the belt 14.
  • the guide roller 12 for tensioning the belt 14 is in each case displaceably or pivotably mounted on the end by means of a guide 18.
  • Fig. 1 shows as a guide 18 a lever system. On the lever system acts a drive element 20, which is associated with a not shown path measuring device.
  • At least one of the guide rollers 11, 13 may be formed as a pressure roller, which presses the web 14 in the treatment gap 8 along a portion in the direction L by additional radial local pressure load.
  • a guide roller 11, 13 is preferably formed on the inlet and / or outlet side of the treatment gap 8 as a pressure roller.
  • the radial pressure load can be set lower on the inlet side than the outlet side or vice versa.
  • Such a pressure roller may be a Biegeeinstellwalze.
  • Fig. 1 shows a calender 1, in which the band 14, the heatable hard roller 4 wraps more than 180 °.
  • the degree 15 of the wrap is at values between 90 ° and 270 °, with the values greater than or equal to 120 ° being particularly preferred.
  • the circulating, endless belt 14, which is also referred to as belt, is guided by three guide rollers 11, 12, 13 in a loop around the heatable roller 4.
  • the belt 14 is tensioned here by the guide roller 12.
  • the contact pressure of the belt 14 is determined to the web 2.
  • a higher tension of the belt 14 also results in a higher contact pressure of the web 2 and favors the leveling of the web surface, ie the pre-smoothing.
  • the pretreatment route the treatment gap 8 then serves in particular also a pre-smoothing of the web 2.
  • the path 2 conditioned in the treatment gap 8 is then finally finished in a nip 3 immediately following and formed with the same heatable roller 4.
  • the line load in nip 3 can be adapted to the smoothness effects to be achieved.
  • Medium compressive stresses with paper or cardboard in the nip 3 of 2 N / mm 2 to 55 N / mm 2 are adjustable.
  • the compressive stresses in the lower area of said area are used for thickness correction in cardboard.
  • the compressive stresses in the upper area of said range allow the smoothing of high-quality papers, such as SC, LWC and MWC papers or wood-free coated papers.
  • the temperature of the heated roller 4 and the length of the treatment section formed under the belt 14 are adjusted so that substantially only the near-surface region of the web 2 is heated, a conditioning section is formed, in which the interior of the web 2 below the plastification or Glass transition temperature remains. As a result, a volume-smoothing smoothing is possible.
  • the thickness of the near-surface layer of the paper or board web 2, which is brought above the plasticizing temperature, is several times the largest unevenness of the paper or board web surface. The thickness of the web layer to be heated is thus dependent on the roughness of the paper or board web 2 to be treated.
  • the length of the treatment gap 8 and the speed of the paper or board web 2 in the direction of travel L determine the residence time of the web 2 in the treatment gap 8 and thus also the Penetration depth of the heat in the web 2 and the layer thickness, which is heated to a deformation temperature.
  • the ambient air entrained with the paper or board web 2 in the boundary layer Worsens the heat transfer from the heated roller 4 to the web 2.
  • a substantial improvement of the heat transfer is achieved by removal of the boundary layer. This can be done, for example, by a contact path for an adhesive contact between the outer wall of the heatable roller 4 and the surface of the paper or board web 2 upstream of the web treatment device 7. Also suitable is the pressing of a guide roller 11 against the heated roller 4.
  • the Kalander 1 can be operated online or offline.
  • Fig. 2 shows a multi-pin calender for smoothing high quality papers.
  • the treatment gap 8 is then preferably provided in front of the first nip.
  • the degree of wrap 15 and the applied contact pressure can also be varied here.
  • the applied contact pressure is determined by means of the belt tension with the aid of at least one adjustable guide roller 12. This makes it possible to adapt to different pulp materials and the types of treatment.
  • the web 2 can be applied to the outer surface of the heatable roller 4 before the treatment gap 8.
  • the roll stack may also have a soft alternating gap for a side smoothing a web. 2
  • the two-sided guides of a control roller can be controlled via a transversely provided to the direction of the tape sensor device to each other for a straight line of the tape be alignable.
  • the sensor device detects the position of the belt 14 toward the center of the heatable roller 4.

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Abstract

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, wobei das umlaufende Band (14) an der der Papier- oder Kartonbahn (2) zugewandten Seite einen elastischen Dickenbereich (17) aufweist, dessen Federrate kleiner ist als die Federrate der Papier- oder Kartonbahn (2) zu Beginn der Behandlung im Behandlungsspalt (8).

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 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 Nachteile hoher Temperaturen müssen folglich in Kauf genommen werden.
  • Hohe Temperaturen müssen auch zum Glätten hochwertiger Papiere gewählt werden, um die für ein gutes Druckergebnis erforderlichen Glättwerte zu erreichen.
  • Die genannten hohen Temperaturen können zu Verhornungen an der Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn führen, die sich nachteilig auf das Druckergebnis auswirken. Ferner kommt es bei hohen Temperaturen der Walzenoberfläche der beheizbaren Walzen der Kalander zu großen Wärmeverlusten an die Umgebung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kalander zu schaffen, der eine Papier- oder Kartonbahn kosten- und energiesparend glättet.
  • 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 durchläuft und der Federwerkstoff des umlaufenden Bandes die Erzeugung eines optimierten Temperaturprofils in der Papier- oder Kartonbahn stützt. Ein optimiertes Temperaturprofil ermöglicht ein kosten- und energiesparendes Glätten der Papier- oder Kartonbahn im Nip.
  • Durch ein verlängertes und federgestütztes Erwärmen der Papier- oder Kartonbahn in dem Behandlungsspalt ist eine gleichmäßige Erwärmung der Papier- oder Kartonbahn bis zur technologisch erforderlichen Tiefe verbessert. Walzenoberflächentemperaturen im Bereich von 80°C bis 160°C sind dann im Allgemeinen hinreichend. Die Höhe der Temperatur wird zugunsten einer Verlängerung der Zeitspanne der Temperatureinwirkung mit elastischer Kontaktsicherung zwischen Karton- oder Papierbahn und beheizter Walze 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. Der elastische Dickenbereich des Bandes stellt dabei einen federnden Anpressdruck und damit einen gleichmäßigen Wärmeübertrag von der beheizten Walze auf die Papier- oder Kartonbahn sicher. Beispielsweise Luftpolster aus Unebenheiten der Papier- oder Kartonbahn, die den Wärmeübergang behindern könnten, werden zuverlässig reduziert.
  • Die Walzenoberflächentemperatur der beheizbaren Walzen braucht 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 daraus folgende Energieersparnis ergibt sich aus reduzierter Wärmeabstrahlung und reduzierter Zwangskonvektion.
  • Die Verlustwärme kann weiter reduziert werden, 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 örtliche 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 Seitenansicht eines Kalanders,
    • Fig. 2 zeigt schematisch einen Kalander gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • Fig. 3 zeigt schematisch einen Teilquerschnitt des umlaufenden Bandes.
  • Fig. 1 zeigt 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. Bei Verwendung einer Schuhwalze kann der Nip 3 vorzugsweise Niplängen im Bereich von 20 bis 300 mm aufweisen.
  • Die Walze 4 als auch das Gegenelement 5 können jeweils angetrieben sein, insbesondere für den Online-Betrieb des Kalanders 1. 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 5,0 m variabel einstellbar.
  • Das umlaufende Band 14 weist an der der Papier- oder Kartonbahn 2 zugewandten Seite einen elastischen Dickenbereich 17 auf, um den thermischen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von der beheizbaren Walze 4 auf die Papier- oder Kartonbahn 2 zu optimieren. Dazu weist der elastische Dickenbereich 17 eine Federrate auf, die kleiner ist als die Federrate der Papier- oder Kartonbahn 2 zu Beginn der Behandlung im Behandlungsspalt 8.
  • Wie Fig. 3 zeigt, wird der elastische Dickenbereich 17 vorzugsweise von einer elastischen Schicht gebildet, die auf einem Trägermaterial 19 des Bandes 14 angeordnet ist. Die elastische Schicht bildet somit beispielsweise eine Auflage. Der elastische Dickenbereich 17 besteht vorzugsweise aus einem Elastomer, über dessen Dicke und Härte die Federrate desselben einstellbar ist. Die Federrate der Papier- oder Kartonbahn 2 beträgt zu Beginn der Behandlung im Behandlungsspalt 0,01 bis 1 MPa/µm, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 MPa/µm. Die Federrate des elastischen Dickenbereiches 17 liegt vorzugsweise ebenfalls in einem Bereich von 0,01 bis 1 MPa/µm. Im Verhältnis zur Federrate der Papier- oder Kartonbahn 2 zu Beginn der Behandlung im Behandlungsspalt 8 ist diese Federrate des elastischen Dickenbereiches 17 jedoch immer kleiner gewählt, insbesondere vorzugsweise mindestens 10 % kleiner.
  • Die Leitwalzen 11, 12, 13 steuern eine Bandspannung des umlaufenden Bandes 14 zur Druckbeaufschlagung 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 eine volumenschonende Glättung ist eine oft eine Eindringtiefe von etwa 10 µm hinreichend. 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 einen elastischen Dickenbereich 17 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 geschlossene Oberflächendecke auf. Die von der beheizten Walze 4 ausgehende Wärmeübertragung zur Papier- oder Kartonbahn 2 wird durch das so ausgebildete umlaufende Band 14 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. Der elastische Dickenbereich 17 mit geschlossener Oberflächendecke 21 bildet einen thermischen Isolator, der die Einleitung der Wärme in die Papier- oder Kartonbahn 2 weiter verbessert.
  • Der elastische Dickenbereich 17 des umlaufenden Bandes 14 besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 10 W/mK, insbesondere kleiner gleich 5 W/mK, ganz bevorzugt kleiner gleich 1 W/mK. Die Härte des elastischen Dickenbereiches 17 liegt vorzugsweise im Bereich von 50 Shore A bis 92 Shore D. Die Höhe des elastischen Dickenbereiches 17 beträgt vorzugsweise 1 bis 18 mm. Die Gesamthöhe (Dicke) des Bandes 14 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 30 mm.
  • Das Band 14 umfasst vorzugsweise ein flaches Trägermaterial 19, das mit einer oder mehreren elastischen Schichten versehen ist. Als Trägermaterial 19 sind hochfeste Kunststofffasern, Glasfasern oder Kohlefasern verwendbar. Ein solcher Verbundwerkstoff besitzt eine hohe Zugfestigkeit. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Bandes 14 kann ein Stützgewebe oder Stützband aus den vorgenannten Fasern eingearbeitet sein. Das umlaufende Band 14 kann ferner aus einem mit einem elastischen Dickenbereich 17 versehenen Trägermaterial 19 bestehen, wobei das Trägermaterial 19 auch aus einem Metallgewebe oder Metallband bestehen kann. Die Rauigkeit der Oberfläche des Bandes 14 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 µm. Die dann gegebene Glätte der Oberfläche des Bandes 14 kann sich als Glätte auf der Papier- oder Kartonbahn 2 abbilden.
  • Das Band 14 weist weiterhin beispielsweise eine hitzebeständige Oberflächenbeschichtung auf, beispielsweise aus Silicon. Die hitzebeständige Beschichtung liefert eine hohe Verschleißfestigkeit und eine glatte Oberfläche.
  • 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. 1 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 örtliche 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 zeigt 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 Vorbehandlungsstrecke des Behandlungsspalts 8 dient dann insbesondere auch einer Vorglättung der Bahn 2.
  • 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 Papier- oder Kartonbahn 2, die über die Plastifizierungstemperatur gebracht wird, beträgt das Mehrfache der größten Unebenheiten der Papier- oder Kartonbahnoberfläche. Die Dicke der aufzuheizenden Bahnschicht ist somit abhängig von der Rauigkeit der zu behandelnden Papier- oder Kartonbahn 2. Die Länge des Behandlungsspalts 8 und die Geschwindigkeit der Papier- oder Kartonbahn 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 Papier- oder Kartonbahn 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.
  • Die Kalander 1 kann online oder offline betrieben werden.
  • Fig. 2 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 Grad 15 der Umschlingung 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. Der Walzenstapel kann auch einen weichen Wechselspalt aufweisen für ein beiseitiges Glätten einer Bahn 2.
  • Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können in Laufrichtung L der Bahn 2 jeweils zwei der beschriebenen Kalander 1 hintereinander oder übereinander angeordnet sein. Hierdurch ist eine beidseitige Glättung der Bahn 2 möglich. 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 (15)

  1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) an der der Papier- oder Kartonbahn (2) zugewandten Seite einen elastischen Dickenbereich (17) aufweist, dessen Federrate kleiner ist als die Federrate der Papier- oder Kartonbahn (2) zu Beginn der Behandlung im Behandlungsspalt (8).
  2. Kalander (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dickenbereich (17) von einer elastischen Schicht gebildet ist, die auf einem Trägermaterial (19) des Bandes (14) angeordnet ist.
  3. Kalander (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dickenbereich (17) aus einem Elastomer besteht und über dessen Dicke und Härte die Federrate desselben einstellbar ist.
  4. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federrate des elastischen Dickenbereichs (17) 0,01 bis 1 MPa/µm beträgt.
  5. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federrate des elastischen Dickenbereichs (17) mindestens 10 % kleiner ist als die Federrate der Papier- oder Kartonbahn (2).
  6. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) einen elastischen Dickenbereich (17) aus einem Kunststoff mit einer Härte im Bereich von 50 Shore A bis 92 Shore D aufweist.
  7. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwalzen (11, 12, 13) eine Bandspannung des umlaufenden Bandes (14) zur Druckbeaufschlagung im Behandlungsspalt (8) steuern.
  8. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Band (14) an der der Papier- oder Kartonbahn (2) zugewandten Seite eine geschlossene Oberflächendecke (21) besitzt.
  9. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dickenbereich (17) aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner gleich 10 W/mK besteht.
  10. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.
  11. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Leitwalzen (11, 12, 13) eine Einrichtung (6) zum wählbaren Spannen des Bandes (14) aufweist.
  12. 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 örtlichen Druckeinsatz presst.
  13. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalander (1) ein Multinip-Kalander ist, der den Behandlungsspalt (8) vor dem ersten Nip (3) vorsieht.
  14. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Nip (3) ein weicher oder harter Nip ist, der eine Niplänge im Bereich von 1 bis 40 mm aufweist.
  15. Kalander (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Nip (3) durch eine Schuhwalze gebildet ist und eine Niplänge im Bereich von 20 bis 300 mm aufweist.
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