EP2325387A2 - Mehrwalzenkalander und Umbauverfahren eines Mehrwalzenkalanders - Google Patents

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EP2325387A2
EP2325387A2 EP10177009A EP10177009A EP2325387A2 EP 2325387 A2 EP2325387 A2 EP 2325387A2 EP 10177009 A EP10177009 A EP 10177009A EP 10177009 A EP10177009 A EP 10177009A EP 2325387 A2 EP2325387 A2 EP 2325387A2
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EP
European Patent Office
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roller
roll
hard
elastic
rollers
Prior art date
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Granted
Application number
EP10177009A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2325387B1 (de
EP2325387A3 (de
Inventor
Udo Gabbusch
Michael Ganasinski
Josef Kohnen
Johann Moser
Dr. Jörg Rheims
Ulrich Rothfuss
Dr. Lothar Zimmermann
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
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Publication date
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Priority to EP11175279A priority Critical patent/EP2385172B1/de
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Publication of EP2325387A3 publication Critical patent/EP2325387A3/de
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Publication of EP2325387B1 publication Critical patent/EP2325387B1/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
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature

Definitions

  • the invention relates to a multi-roll calender with a roll stack, in which two successive rolls form a nip, for calendering of Woodfree Coated papers (WFC) to a Gardner gloss greater than 75% or natural gravure papers (SCA) to a pps-10s roughness value below 1.15 ⁇ m or film-coated light weight coated papers (LWC) to Gardner Gloss over 55%.
  • WFC Woodfree Coated papers
  • SCA natural gravure papers
  • LWC film-coated light weight coated papers
  • the invention further relates to a method for converting a multi-roll calender, with a roll stack, in which alternate with an interchangeable gap rolls with a hard, smooth and heated surface with rollers elastic surface and two adjacent rolls form working gaps in which a paper web is treatable, and in which the top and bottom rollers are deflection controllable rollers.
  • the roll stacks of today's Mehrwalzenkalander have a number of rolls between 5 and 14 rollers whose stack level, which is determined by the horizontal axes of the rollers, usually perpendicular or, as in the Applicant often, is arranged at an angle of 45 °.
  • These calenders are placed online, that is without intermediate winding in the production line of the paper machine, or placed offline, with their own up and down next to the paper machine.
  • the nips, also called nips, these are the contact surfaces with which the rollers cooperatively treat the paper web, are in each case formed by a smooth, hard and heatable roller and an elastic, usually polymer-related roller. The only exception is the so-called alternating gap, which consists of two elastic rollers.
  • a hard roller is to be understood as meaning those rollers whose steel or hard-cast casing is about 50 to 200 mm thick and very stiff, and which is provided with a smooth metallic or ceramic surface. The surface roughness is below a Ra value of 0.1 ⁇ m.
  • the rollers are heatable, which often takes place by means of a heat transfer fluid flowing through the roller.
  • the elastic rollers can have different characteristics. Either a sheath of metal is provided which has an elastic surface covering, for example of polymer, rubber or cotton, or the entire rotating sheath is formed of a resilient plastic material in the form of a composite material.
  • the roll nips described ensure in the calendering even under relatively high pressures and temperatures by the elasticity of the elastic rollers uniform compression of the paper web, which is a prerequisite for good printability in all common printing processes.
  • the smoothness of the nips is basically one-sided, that is, on the paper web side coming into contact with the hard, smooth and heatable roll, the gloss and smoothness development is significantly greater than on the other with the unheated polymer-related one Roller comes into contact.
  • This two-sidedness in the smoothness effect of the elastic nips is in this case the greater, the higher the pressure and the temperature are selected, that is, the more satin finishing performance is required. Especially with the paper types described above, this is very high.
  • so-called supercalenders in which the said roller should be installed instead of elastic rollers, had to have 12 rollers at that time, if one wanted to keep its alternating gap in the middle of the roller stack, because it was not yet at that time possible to provide a deflection-controllable upper or lower roller with an elastic coating.
  • a roll stack could be reduced to only 10 rolls anyway, if the paper to be calendered from the outset was very two-sided and you wanted to compensate for this two-sided by the offset of the exchange gap.
  • the disadvantage here is in particular the more or less one-sided smoothing effect of the individual nips, which makes a large number of calender rolls required, which not only makes the calender more expensive, but also hampers the smooth operation of such machines.
  • Polymer-coated rolls have a high wear, tend to a so-called "barring" (wavy surface by pulsating wear) and must therefore be changed frequently. This significantly reduces the overall efficiency of the paper machine in an online installation. Even in the case of offline installation, the availability of the calender is significantly reduced.
  • the calender tends to vibrate under different production conditions, so that desired production parameters (speed, pressure, etc.) must be changed.
  • WFC Woodfree Coated papers
  • SCA Natural Gravure Printing Papers
  • LWC Light Weight Coated Papers
  • a very specific roller arrangement is selected, namely such that the roller stack is constructed in the following order: a hard deflection-controllable top roller, an elastic center roller with a thin metallic surface layer, a heatable hard center roller, two elastic center rollers with a thin metallic surface layer, a heatable hard center roll, an elastic center roll with a thin metallic surface layer, and a hard deflection controllable bottom roll.
  • the 8-roll calender according to the invention is a selection invention whose advantages, for reasons not yet clarified, only apply to this roll arrangement.
  • the moderate surface temperature and the nowadays achievable surface smoothness of below Ra 0.1 microns.
  • any two-sidedness of the paper web is avoided.
  • the heating of the elastic rollers can be limited to a moderate temperature.
  • the calender consumes less heating energy than a conventional 10-roll calender.
  • At least one elastic roller with a metallic surface layer in the satinage operation has a surface temperature of 90 to 130 ° C. It is preferred to heat all elastic rolls with metallic surface layer in this way.
  • each paper web side is then applied once to a hot hard roll and twice to a moderately heated elastic roll. The savings in the heat supply of two heating rollers is not noticeable in this way on the calendering result.
  • a line load of at least 300 N / mm acts in at least one nip in order to obtain a nip length in the web running direction of at least 10 mm.
  • the residence time in the nip is so great that it ensures sufficient heat flow into the paper web.
  • Below the nip length is defined the length at which the paper web is in contact with one of the two rolls.
  • the paper web at least before or after a nip over a wrap angle of at least 5 ° to the surface of a smooth, hard and heated roller applies.
  • a preheating or Nachloompiece is generated with respect to the nip. It is quasi extended at least with regard to the heat transfer.
  • the invention relating to the method for converting a Mehrwalzenkalanders is achieved by providing the upper and lower rollers with a sheath with an elastic coating, if they have a hard surface, and the upper and lower rollers with a coat with hard, smoother Surface provides, if they have an elastic coating, further provides at least one roller with elastic coating with a metallic spray layer and further removes the second roller and penultimate roller from the roll stack.
  • the top roller is complementary to the third roller of the original calender and the bottom roller is complementary to the third last rollers of the original calender (always counting from top to bottom), meaning that the second and penultimate rollers can be removed from the stack.
  • the effect of the now missing hard heating rollers is replaced by the fact that the elastic rollers get a metal coating and thus are just as smooth as the hard heating rollers, so also have a Ra value of less than 0.1 microns.
  • the method is used to reduce the number of rolls from 10 to 8 rolls.
  • the effect of the same calendering performance has especially with a new 8-roll calender over a former 10-roll calender exposed.
  • the metallic coating of at least one elastic roller is heated.
  • a moderate increase in temperature of the elastic roller enough to obtain the same results in terms of the quality of the paper web, as previously provided the calender with 10 rolls.
  • the metallic coating of at least one elastic roller is preferably heated to 90 to 130.degree. This temperature is ideally suited to produce the desired paper quality. This saves considerable energy compared to the use of other hard heating rollers. Because, for example, an inductive external heating can be the metal coating as much heat supply as the paper web decreases again. There are hardly any heat losses through convection, as is the case with conventional heating rolls.
  • the paper web a distance before or after a nip on a pressure element to a roller with smooth, hard and heated surface applies.
  • the web is additionally supplied with heat energy and can be satined better.
  • Figure is a schematic representation of a Mehrwalzenkalanders according to the invention.
  • the multi-roll calender 1 has eight rolls, a hard deflection-controllable top roll 2, an elastic center roll with a thin metallic surface layer 3, a heatable hard center roll 4, two elastic center rolls with a thin metallic surface layer 5, 6, a heatable hard center roll 7, an elastic center roll
  • the paper web 11 coming directly from the paper machine 12 symbolically represented by the rectangle is a high quality Woodfree Coated (WFC) paper which has been blended to Gardner gloss in the multi-roll calender greater than 75% should be calendered.
  • WFC Woodfree Coated
  • SCA gravure printing paper
  • LWC film-coated light weight coated paper
  • the new elastic rolls 3, 5, 6, 8 are rolls with an elastic layer of fiber-reinforced epoxide, just as in conventional elastic rolls, except that a self-flowing metallic layer has been sprayed onto them.
  • Ni 17Cr 4Fe 4Si 3.5B 1C and (WC 12Co) 33Ni 9Cr 3.5Fe 2Si 2B 0.5C, ie in particular containing nickel, chromium and iron spray materials have been found to be particularly suitable materials for the surface layer.
  • the elastic rollers with metallic surface layer 3,5,6,8 have a surface temperature of 90 to 130 ° C in the calendering operation. In the embodiment according to the figure, this warming is realized by the indicated by box external induction heaters 15.
  • Upper and lower rollers 2, 9 have smooth surfaces made of metal. They can also be heated by outdoor heaters. Advantageously, the rolls also have a surface roughness with an Ra value below 0.1 ⁇ m.
  • the roll stack is loaded from at least one end in a known and therefore not shown manner such that a line load of 300 N / mm acts in at least one nip.
  • This usually leads to a nip length in the web running direction of more than 10 mm and to a sufficiently large contact surface for the heat transfer to the paper web 11.
  • a pressure element is provided, which is for an investment of the paper web the heating roller 4,7 before or behind the nip over a wrap angle of at least 5 ° provides. In this way, sufficient heat is supplied to the calendering process.
  • it is designed for ease of illustration in the form of a pressure roller.
  • a plant belt is used which can generate a contact pressure for a better heat transfer over a longer distance on the hard heating roller 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrwalzenkalander mit einem Walzenstapel, in dem jeweils zwei aufeinanderfolgende Walzen einen Walzenspalt bilden, zur Satinage von Woodfree Coated-Papieren (WFC) auf einen Glanz nach Gardner größer 75% oder Naturtiefdruckpapieren (SCA) auf einen pps-10s-Rauhigkeitswert unter 1,15 pm oder filmgestrichenen Light-Weight-Coated-Papieren (LWC) auf einen Glanz nach Gardner über 55%. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Umbau eines Mehrwalzenkalanders, mit einem solchen Walzenstapel. Um die hochwertigen Papiere mit weniger Walzen satinieren zu können als üblich, ist der Walzenstapel in folgender Reihenfolge aufgebaut: eine harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze (2), eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (3), eine beheizbare harte Mittelwalze (4), zwei elastische Mittelwalzen mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (5,6), eine beheizbare harte Mittelwalze (7), eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (8) und eine harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze (9).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Mehrwalzenkalander mit einem Walzenstapel, in dem jeweils zwei aufeinanderfolgende Walzen einen Walzenspalt bilden, zur Satinage von Woodfree Coated-Papieren (WFC) auf einen Glanz nach Gardner größer 75% oder Naturtiefdruckpapieren (SCA) auf einen pps-10s-Rauhigkeitswert unter 1,15 µm oderfilmgestrichenen Light-Weight-Coated-Papieren (LWC) auf einen Glanz nach Gardner über 55%.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Umbau eines Mehrwalzenkalanders, mit einem Walzenstapel, in dem sich bis auf einen Wechselspalt Walzen mit harter, glatter und beheizbarer Oberfläche mit Walzen elastischer Oberfläche abwechseln und jeweils zwei benachbarte Walzen Arbeitsspalte bilden, in denen eine Papierbahn behandelbar ist, und in dem die Ober- und die Unterwalze durchbiegungssteuerbare Walzen sind.
  • Die Walzenstapel heutiger Mehrwalzenkalander besitzen eine Walzenzahl zwischen 5 und 14 Walzen, deren Stapelebene, die durch die waagrecht liegenden Achsen der Walzen festgelegt ist, in der Regel senkrecht oder, wie bei der Anmelderin häufig, unter einem Winkel von 45° angeordnet ist. Diese Kalander werden online, das heißt ohne Zwischenwicklung in der Produktionsreihe der Papiermaschine angeordnet, oder offline, mit eigener Auf- und Abrollung neben der Papiermaschine aufgestellt. Die Nips, auch Walzenspalte genannt, das sind die Kontaktflächen, mit denen die Walzen zusammenwirkend die Papierbahn behandeln, werden hierbei jeweils von einer glatten, harten und beheizbaren Walze sowie einer elastischen, in der Regel polymer bezogenen Walze gebildet. Die einzige Ausnahme ist der sogenannte Wechselspalt, der aus zwei elastischen Walzen besteht.
  • Unter einer harten Walze sind diejenigen Walzen zu verstehen, deren Stahl- oder Hartgussmantel etwa 50 bis 200 mm dick und sehr steif ist und dabei mit einer glatten metallischen oder keramischen Oberfläche versehen ist. Die Oberflächenrauigkeit liegt unter einem Ra-Wert von 0,1 µm. Die Walzen sind beheizbar, was häufig mittels eines die Walze durchströmenden Wärmeträgerfluids erfolgt. Die elastischen Walzen können unterschiedliche Ausprägungen haben. Entweder ist ein Mantel aus Metall vorgesehen, der einen elastischen Oberflächenbezug, beispielsweise aus Polymer, Gummi oder Baumwolle besitzt, oder der gesamte rotierende Mantel ist aus einem elastischen Kunststoffmaterial in Form eines Verbundwerkstoffes gebildet.
  • Die beschriebenen Walzenspalte gewährleisten bei der Satinage auch unter relativ hohen Drücken und Temperaturen durch die Elastizität der elastischen Walzen eine gleichmäßige Verdichtung der Papierbahn, was für gute Bedruckbarkeitseigenschaften in allen gängigen Druckverfahren Voraussetzung ist.
  • Die Glättwirkung der Walzenspalte ist jedoch grundsätzlich einseitig, das heißt, dass auf der Papierbahnseite, die in Kontakt mit der harten, glatten und beheizbaren Walze kommt, die Glanz- und Glätteentwicklung signifikant größer ist als auf der anderen, die mit der nicht beheizbaren, polymerbezogenen Walze in Kontakt kommt. Diese Zweiseitigkeit in der Glättwirkung der elastischen Nips wird hierbei umso größer, je höher Druck und Temperatur gewählt werden, das heißt je mehr Satinageleistung erforderlich ist. Gerade bei den oben beschriebenen Papiersorten ist diese sehr hoch.
  • Bereits im Jahr 1989 wurde in der DE 3937246 A1 darüber nachgedacht, auch die elastischen Walzen durch wärmeleitendes Füll- oder Deckmaterial beheizbar zu machen, um die Effektivität des Kalanders zu erhöhen. Erfindungsgemäß sah man dort die Möglichkeit, die elastische Walze auf 200 bis 300°C aufzuheizen. Die Herstellung einer solchen Walze ist aber selbst mit den Möglichkeiten, die 20 Jahre später gegeben sind, nicht realisierbar, so dass dies wahrscheinlich der Grund ist, warum das beschriebene Satinageverfahren und die beschriebene Walze bislang nie zur Anwendung kamen. Zu berücksichtigen ist hier auch, dass so genannte Superkalander, in denen die besagte Walze anstelle von elastischen Walzen eingebaut werden sollte, damals 12 Walzen haben mussten, wenn man in der Mitte des Walzenstapels seinen Wechselspalt behalten wollte, denn es war zu dem Zeitpunkt noch nicht möglich, eine durchbiegungssteuerbare Ober- oder Unterwalze mit einem elastischen Belag zu versehen. Insofern ließ sich ein Walzenstapel sowieso nur auf 10 Walzen reduzieren, wenn das zu satinierende Papier von vornherein stark zweiseitig war und man diese Zweiseitigkeit durch den Versatz des wechselspaltes kompensieren wollte.
  • Moderne Mehrwalzenkalander für sehr hohe Papierqualitäten sind demgegenüber mit üblicherweise 10 Walzen ausgestattet, wobei der Wechselspalt genau in der Mitte des Walzenstapels angeordnet ist und die unterste sowie die oberste Walze im Stapel einen Polymerbezug aufweist und als Biegeausgleichwalze ausgestaltet ist. Mit dieser Anordnung können beide Papierbahnseiten mit jeweils vier Nips satiniert werden, das heißt, jede Papierbahnseite hat viermal Kontakt mit einer harten, glatten und beheizten Walze. Durch die Positionierung des Wechselspaltes in Stapelmitte werden eine symmetrische Anordnung und somit auch eine symmetrische, für beide Papierbahnseiten nahezu gleiche Satinagewirkung erzielt.
  • Nachteilig ist hierbei insbesondere die mehr oder weniger einseitige Glättwirkung der einzelnen Nips, die eine große Anzahl von Kalanderwalzen erforderlich macht, was den Kalander nicht nur verteuert, sondern auch den reibungslosen Betrieb derartigen Maschinen erschwert. Polymerbeschichtete Walzen haben einen hohen Verschleiß, neigen zu einem sogenannten "barring" (wellige Oberfläche durch pulsierenden Verschleiß) und müssen daher häufig gewechselt werden. Dies reduziert in einer online-Installation den Gesamtwirkungsgrad der Papiermaschine entscheidend. Auch im Falle der offline-Installation wird die Verfügbarkeit des Kalanders signifikant reduziert.
  • Bei einer großen Walzenanzahl (z. B. 10) neigt der Kalander unter verschiedenen Produktionsbedingungen zu Vibrationen, so dass gewünschte Produktionsparameter (Geschwindigkeit, Druck u.s.w.) verändert werden müssen.
  • In sogenannten Glättwerken, die auch vielwalzig ausgestaltet sein können, werden nur harte, metallische Walzen verwendet. Diese harten Nips, in denen beide Papierbahnseiten gleichermaßen geglättet werden, können zur Satinage der oben angesprochenen Qualitäten allerdings nicht eingesetzt werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, hochwertige Papiersorten, ganz besonders Woodfree Coated-Papiere (WFC) mit einem Glanz nach Gardner größer 75% oder Naturtiefdruckpapiere (SCA) mit einem pps-10s-Rauhigkeitswert unter 1,15 µm oderfilmgestrichene Light-Weight-Coated-Papiere (LWC) mit einem Glanz nach Gardner über 55%, mit weniger Walzen satinieren zu können, als es der aktuell notwendigen Walzenzahl, entspricht. Für die aufgeführten Qualitäten ist das heutzutage beispielsweise ein Standard von mindestens 10 Walzen in einem Stapel oder 2 x 5 Walzen in zwei Stapeln bei einer Geschwindigkeit von über 1400 m/min für die Bahn.
  • Die Aufgabe wird auf die Weise gelöst, dass eine ganz bestimmte Walzenanordnung gewählt wird, nämlich so, dass der Walzenstapel in folgender Reihenfolge aufgebaut ist: eine harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht, eine beheizbare harte Mittelwalze, zwei elastische Mittelwalzen mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht, eine beheizbare harte Mittelwalze, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht und eine harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze.
  • Völlig überraschend hat sich gezeigt, dass mit diesem 8-Walzen-Kalander die gleichen Glanz- und Glättewerte bei hochwertigen Papieren erzielbar sind, als benutzte man einen 10-Walzen-Kalander, dessen durchbiegungssteuerbare Ober- und Unterwalze einen elastischen Belag aufweisen. Obwohl die Papierbahn je Papierseite nur noch zweimal an einer harten beheizten Walze anliegt, reicht ein solcher Kalanderaufbau offenbar aus, dieses positive Ergebnis zu erzielen. Noch überraschender war es, in Versuchen festzustellen, dass anderszahlige Walzenstapel und -anordnungen bei Einsatz von elastischen Walzen mit metallischer Oberflächenschicht gegenüber einem herkömmlichen Kalander mit zwei Walzen mehr nicht zu einer derartig hohen Verbesserung der Papierqualitäten geführt haben. Die Ursache für ein solches Verhalten ist noch nicht geklärt. Jedenfalls führte beispielsweise die Verringerung der Walzenzahl eines älteren Superkalanders von 12 auf 10 Walzen unter Einsatz von elastischen Walzen mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung nicht mehr zu vergleichbaren Satinageergebnissen. Bei dem erfindungsgemäßen 8-Walzen-Kalander handelt es sich demzufolge um eine Auswahlerfindung, deren Vorteile aus noch nicht geklärten Gründen nur für diese Walzenanordnung zutreffen. Man vermutet lediglich einen Zusammenhang mit den eingesetzten neuartigen Oberflächen, die sich aufgrund eines Spritzverfahrens gut im elastischen Untergrund verankern und dadurch Streckenlasten oberhalb von 300 N/mm verkraften, ohne abzuplatzen. Hinzu kommt natürlich die moderate Oberflächentemperatur und die heutzutage hohe erzielbar Oberflächenglätte von unter Ra = 0,1 µm. Ein Hinweis, warum diese Eigenschaften der elastischen Walze bei anderen Walzenzahlen sich nicht in höheren Papierqualitäten niederschlagen, besteht jedoch weiterhin.
  • Dadurch, dass der Wechselspalt in der Kalandermitte verbleibt, wird auch jede Zweiseitigkeit der Papierbahn vermieden. Dabei kann sich die Aufheizung der elastischen Walzen auf eine moderate Temperierung beschränken. Insgesamt verbraucht der Kalander weniger Heizenergie als ein herkömmlicher 10-Walzen-Kalander.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn wenigstens eine elastische Walze mit metallischer Oberflächenschicht im Satinagebetrieb eine Oberflächentemperatur von 90 bis 130°C aufweist. Es wird dabei bevorzugt, alle elastische Walzen mit metallischer Oberflächenschicht auf diese Weise zu beheizen. In dem erfindungsgemäßen 8-Walzen-Kalander liegt jede Papierbahnseite dann einmal an einer heißen harten Walze und zweimal an einer moderat beheizten elastischen Walze an. Die Einsparung in der Wärmezufuhr von zwei Heizwalzen macht sich auf diese Weise auf das Satinageergebnis nicht bemerkbar.
  • Es ist günstig, wenn in wenigstens einem Walzenspalt eine Streckenlast von mindestens 300 N/mm wirkt, um eine Walzenspaltlänge in Bahnlaufrichtung von wenigstens 10 mm zu erhalten. Dadurch wird selbst bei hohen Geschwindigkeit der Bahn zwischen 1400 und 2000 m/min die Verweildauer im Nip so groß, dass für einen ausreichenden Wärmefluss in die Papierbahn gesorgt ist. Unter der Walzenspaltlänge sei die Länge definiert, bei der die Papierbahn in Kontakt mit einer der beiden Walzen ist.
  • Für den Fall, dass der Wärmeübergang auf die Papierbahn noch nicht ausreichen sollte (beispielsweise bedingt durch einen anderen Feuchtigkeitsgehalt), ist es von Vorteil, wenn ein Andrückelement vorgesehen ist, das die Papierbahn wenigstens vor oder nach einem Walzenspalt über einen Umschlingungswinkel von wenigsten 5° an die Oberfläche einer glatten, harten und beheizten Walze anlegt. Dadurch wird eine Vor- oder Nachheizstrecke bezüglich des Nips erzeugt. Er wird quasi zumindest in Hinblick auf den Wärmeübergang verlängert.
  • Für einen Kalanderbetreiber kann es sogar durchaus sinnvoll sein, einen 10-Walzen-Kalander auf acht Walzen zu kürzen. Beispielhaft seien genannt:
    • Veränderung von Systemeigenfrequenzen (die vorher ggf. zu Barringerscheinungen geführt haben)
    • Einsatz einer durchbiegungsgesteuerten Ober- oder Unterwalze ohne einen elastischen Belag (der Ein- und Ausbau solcher Walzen mit Belag zum Überschleifen des Belages ist sehr häufig und arbeitsintensiv, wobei die einzusetzenden Reservewalzen sehr teuer sind)
    • die Heizaggregate für die harten beheizbaren Walzen können verkleinert werden
    • ohne Walzen mit polymerer Oberfläche, wird die Gefahr der Zerstörung des Belages durch die heiße Gegenwalze ausgeschlossen, wodurch auf Randbeschnitteinrichtungen verzichtet werden kann (dies bringt zusätzliche Bahnbreite, also Produktionsmenge).
  • Die Erfindung bezüglich des Verfahrens zum Umbau eines Mehrwalzenkalanders wird dadurch gelöst, dass man die Ober- und Unterwalze mit einem Mantel mit einem elastischen Belag versieht, wenn sie eine harte Oberfläche aufweisen, bzw. die Ober- und Unterwalze mit einem Mantel mit harter, glatter Oberfläche versieht, wenn sie einen elastischen Belag aufweisen, weiterhin wenigstens eine Walze mit elastischem Belag mit einer metallischen Spritzschicht versieht und weiterhin die zweite Walze und vorletzte Walze aus dem Walzenstapel entfernt. Durch die Änderung der Ober- und Unterwalze in die jeweils andere Walzenkategorie, das heißt hart in weich bzw. umgekehrt, bleibt der Wechselspalt des Mehrwalzenkalanders an der bisherigen Stelle, so dass keine Einbußen durch Zweiseitigkeit der Papierbahn in Kauf genommen werden müssen. Durch diese einfache Änderung ist die Oberwalze komplementär zur dritten Walze des ursprünglichen Kalanders und die Unterwalze komplementär zur drittletzten Walzen des ursprünglichen Kalanders (immer von oben nach unter gezählt), was bedeutet, dass die zweite und die vorletzte Walze aus dem Stapel entnommen werden können. Die Wirkung der nun fehlenden harten Heizwalzen wird dadurch ersetzt, dass die elastischen Walzen eine Metallbeschichtung bekommen und somit genau so glatt sind wie die harten Heizwalzen, also ebenfalls einen Ra-Wert von unter 0,1 µm haben.
  • Vorzugsweise wird das Verfahren angewendet, um die Walzenzahl von 10 auf 8 Walzen zu verringern. Wie bereits bei dem Mehrwalzenkalander beschrieben, hat sich die Wirkung einer gleichen Satinageleistung insbesondere bei einem neuen 8-Walzen-Kalander gegenüber einem vormals 10-Walzen-Kalander herausgestellt.
  • Es ist von Vorteil, wenn man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze beheizt. Dabei reicht eine moderate Temperaturerhöhung der elastischen Walze, um die gleichen Ergebnisse in Bezug auf die Qualität der Papierbahn zu erhalten, wie sie zuvor der Kalander mit 10 Walzen lieferte.
  • Bevorzugt beheizt man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze auf 90 bis 130°C. Diese Temperatur ist ideal geeignet, die gewünschte Papierqualität zu erzeugen. Dabei wird erheblich an Energie gespart gegenüber dem Einsatz von weiteren harten Heizwalzen. Denn beispielsweise über eine induktive außenheizung kann man der Metallbeschichtung genau so vie Wärme zuführen, wie die Papierbahn wieder abnimmt. Es entstehen kaum Wärmeverluste durch Konvektion, wie dies bei herkömmlichen Heizwalzen der Fall ist.
  • Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass man die Papierbahn ein Wegstück vor oder nach einem Walzenspalt über ein Andrückelement an eine Walze mit glatter, harter und beheizter Oberfläche anlegt. Auf diese Weise wird die Bahn zusätzlich mit Wärmeenergie versorgt und kann besser satiniert werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige
  • Figur eine schematische Darstellung eines Mehrwalzenkalanders gemäß der Erfindung.
  • Der Mehrwalzenkalander 1 besitzt acht Walzen, eine harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze 2, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 3, eine beheizbare harte Mittelwalze 4, zwei elastische Mittelwalzen mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 5, 6, eine beheizbare harte Mittelwalze 7, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 8 und eine harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze 9. Die Papierbahn 11, die direkt aus der symbolisch durch das Rechteck dargestellten Papiermaschine 12 kommt, ist ein hochwertiges Woodfree Coated-Papier (WFC), das in dem Mehrwalzenkalander auf einen Glanz nach Gardner größer 75% satiniert werden soll. Es kann sich aber auch um Naturtiefdruckpapier (SCA) handeln, das im Mehrwalzenkalander 1 auf einen pps-10s-Rauhigkeitswert unter 1,15 µm gebracht werden soll, oder um filmgestrichenes Light-Weight-Coated-Papier (LWC), das auf einen Glanz nach Gardner über 55% satiniert werden soll.
  • Bei den neuen elastischen Walzen 3, 5, 6, 8 handelt es sich um Walzen mit einer elastischen Schicht aus faserverstärktem Epoyid, genau so wie auch bei herkömmlichen elastischen Walzen, nur dass auf diese eine selbstfließende metallische Schicht aufgespritzt worden ist. In Versuchen haben sich Ni 17Cr 4Fe 4Si 3.5B 1C und (WC 12Co) 33Ni 9Cr 3.5Fe 2Si 2B 0.5C, also insbesondere Nickel, Chrom und Eisen enthaltende Spritzwerkstoffe als besonders geeignete Materialien für die Oberflächenschicht herausgestellt.
  • Im Mehrwalzenkalander wird die Papierbahn 11 mehrfach über Leitwalzen 10 umgelenkt, damit sie durch die Nips oder Walzenspalte, also dem Kontaktbereich zweier benachbarter Walzen 2 - 8 geführt werden kann. Hinter dem Mehrwalzenkalander 1 wird die Papierbahn in der Aufwicklung 13 aufgewickelt.
  • Die elastischen Walzen mit metallischer Oberflächenschicht 3,5,6,8 weisen im Satinagebetrieb eine Oberflächentemperatur von 90 bis 130°C auf. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur wird diese Aufwärmung durch die durch Kästchen angedeuteten externen Induktionsheizungen 15 realisiert.
  • Ober- und Unterwalze 2, 9 besitzen glatte Oberflächen aus Metall. Sie können ebenfalls über Außenheizungen beheizbar sein. Vorteilhafterweise besitzen die walzen auch eine Oberflächenrauigkeit mit einem Ra-Wert unter 0,1 µm.
  • Der Walzenstapel wird von wenigstens einem Ende her in bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise derart belastet, dass in wenigstens einem Walzenspalt eine Streckenlast von 300 N/mm wirkt. Das führt in der Regel zu einer Walzenspaltlänge in Bahnlaufrichtung von über 10 mm und zu einer ausreichend großen Kontaktfläche für den Wärmeübergang auf die Papierbahn 11. Für den Fall, dass die Wärmeübergangsstrecke nicht ausreicht, wird ein Andrückelement vorgesehen, das für eine Anlage der Papierbahn an der Heizwalze 4,7 vor oder hinter dem Nip über einen Umschlingungswinkel von mindestens 5° sorgt. Auf diese Weise wird dem Satinageprozess ausreichend Wärme zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist es der einfachen Darstellung wegen in Form einer Andrückwalze ausgebildet. Es ist aber auch mit Vorteil vorstellbar, dass ein Anlageband verwendet wird, das einen Anlagedruck für einen besseren Wärmeübergang über eine längere Wegstrecke an der harten Heizwalze 4 erzeugen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mehrwalzenkalander
    2
    harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze
    3,5,6,8
    elastische Mittelwalze mit dünner metallischer Oberflächenschicht
    4, 7
    beheizbare harte Mittelwalze
    9
    harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze
    10
    Leitwalzen
    11
    Papierbahn
    12
    Papiermaschine
    13
    Aufwicklung
    14
    Andrückelement
    15
    Externe Induktionsheizung

Claims (9)

  1. Mehrwalzenkalander mit einem Walzenstapel, in dem jeweils zwei aufeinanderfolgende Walzen (2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 5 und 6, 6 und 7, 7 und 8, 8 und 9) einen Walzenspalt bilden, zur Satinage von Woodfree Coated-Papieren (WFC) auf einen Glanz nach Gardner größer 75% oder Naturtiefdruckpapieren (SCA) auf einen pps-10s-Rauhigkeitswert unter 1,15 µm oderfilmgestrichenen Light-Weight-Coated-Papieren (LWC) auf einen Glanz nach Gardner über 55%, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenstapel in folgender Reihenfolge aufgebaut ist: eine harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze (2), eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (3), eine beheizbare harte Mittelwalze (4), zwei elastische Mittelwalzen mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (5, 6), eine beheizbare harte Mittelwalze (7), eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht (8) und eine harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze (9).
  2. Mehrwalzenkalander gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elastische Walze mit metallischer Oberflächenschicht (3, 5, 6, 8) im Satinagebetrieb eine Oberflächentemperatur von 90 bis 130°C aufweist.
  3. Mehrwalzenkalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Walzenspalt eine Streckenlast von mindestens 300 N/mm wirkt, um eine Walzenspaltlänge in Bahnlaufrichtung von wenigstens 10 mm zu erhalten.
  4. Mehrwalzenkalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Andrückelement (14) vorgesehen ist, das die Papierbahn (11) wenigstens vor oder nach einem Walzenspalt über einen Umschlingungswinkel von wenigsten 5° an die Oberfläche einer glatten, harten und beheizten Walze anlegt.
  5. Verfahren zum Umbau eines Mehrwalzenkalanders, mit einem Walzenstapel, in dem sich bis auf einen Wechselspalt (zwischen 5 und 6) Walzen mit harter, glatter und beheizbarer Oberfläche (4, 7) mit Walzen elastischer Oberfläche (3, 5, 6, 8) abwechseln und jeweils zwei benachbarte Walzen (2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 5 und 6, 6 und 7, 7 und 8, 8 und 9) Arbeitsspalte bilden, in denen eine Papierbahn (11) behandelbar ist, und in dem die Ober- und die Unterwalze (2, 9) durchbiegungssteuerbare Walzen sind, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ober- und Unterwalze (2, 9) mit einem Mantel mit einem elastischen Belag versieht, wenn sie eine harte Oberfläche aufweisen, bzw. die Ober- und Unterwalze (2, 9) mit einem Mantel mit harter, glatter Oberfläche versieht, wenn sie einen elastischen Belag aufweisen, weiterhin wenigstens eine Walze mit elastischem Belag (3, 5, 6, 8) mit einer metallischen Spritzschicht versieht und weiterhin die zweite Walze und vorletzte Walze aus dem Walzenstapel entfernt.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Walzenzahl von 10 auf 8 Walzen verringert.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze beheizt.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze auf 90 bis 130°C beheizt.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Papierbahn ein Wegstück vor oder nach einem Walzenspalt über ein Andrückelement (14) an eine Walze mit glatter, harter und beheizter Oberfläche (4) anlegt.
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