EP2365128A1

EP2365128A1 - Satinageanordnung und Verfahren zur Satinage

Info

Publication number: EP2365128A1
Application number: EP11156512A
Authority: EP
Inventors: Michael Ganasinski; Uwe Matuschczyk; Jörg Dr. Rheims; Heimo Rud; Lothar Dr. Zimmermann; Thomas STÜBEGGER; Matthias Schmitt; Thomas Hermsen
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2011-09-14
Also published as: DE102010002819A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Satinageanordnung für eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, mit einem Behandlungsnip, der durch eine Heizwalze und eine zweite Walze gebildet wird, und einem Anlagebereich, in dem ein über mindestens zwei Bandleitwalzen geführtes endloses Anlageband die Faserstoffbahn vor oder hinter dem Nip zur Erwärmung über einen Umfangsabschnitt an die Heizwalze anlegt. Um ein gleichmäßigeres Satinage- und Volumenquerprofil der Faserstoffbahn zu erhalten, besitzt das Anlageband eine quer zu seiner Laufrichtung sektionsweise wirkende Bandspannungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Satinageanordnung für eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, mit einem Behandlungsnip, der durch eine Heizwalze und eine zweite Walze gebildet ist, und einem Anlagebereich, in dem ein über mindestens zwei Bandleitwalzen geführtes endloses Anlageband die Faserstoffbahn vor oder hinter dem Nip zur Erwärmung über einen Umfangsabschnitt an die Heizwalze anlegt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Satinage einer Faserstoffbahn mit einer solchen Satinageanordnung.
Eine derartige Satinageanordnung geht beispielsweise aus der DE 10 2007 024 581 A1 , Fig. 1, hervor. Auch wenn mit einem Anlageband lediglich der Kontakt der Faserstoffbahn an der Heizwalze über einen Umfang von etwa 30 bis 180° hergestellt werden soll. d. h., der Anlagedruck tatsächlich nur minimal ist, so ist die Zugspannung in Laufrichtung im Band doch bereits relativ groß. Das bedeutet wiederum, dass auch die Bandleitwalzen einen großen Durchmesser haben müssen, um sich nicht durchzubiegen. Zu berücksichtigen dabei ist, dass heutzutage Faserstoffbahnbreiten größer 10 m satiniert werden müssen. Man kann sich vorstellen, dass das Zugspannungsprofil im Anlageband über eine derartig große Breite nur unzureichend konstant bleibt. Diese Zugspannungsunterschiede im Querprofil haben ungünstigerweise bei der Satinageanordnung des Oberbegriffs den Nachteil, dass auch das Satinage- und Volumenquerprofil der Faserstoffbahn beeinflusst werden und somit nicht wie gewünscht über die Faserstoffbahnbreite konstant sind.
Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung, für ein gleichmäßigeres Satinage- und Volumenquerprofil der Faserstoffbahn zu sorgen.
Die Aufgabe wird für eine Satinageanordnung dadurch gelöst, dass das Anlageband eine quer zu seiner Laufrichtung sektionsweise wirkende Bandspannungsvorrichtung besitzt.
Um den Einfluss einer solchen sektionsweise wirkenden Bandspannungsvorrichtung zu erläutern, sei beispielhaft darauf hingewiesen, dass bei Erhöhung der sich durch den Bandzug ergebenden Anpressung einer Kartonbahn radial gegen die Heizwalze um nur 0,1 N/mm² der typischerweise häufig gemessene Glättewert PPS-S10 bereits um 0,25 µm abnimmt, was sehr signifikant ist. Das heißt, nur geringe Zugspannungsunterschiede des Anlagebandes über die Breite (also quer zur Laufrichtung) können bereits einen ungewünschten Glätteunterschied im Querprofil der Faserstoffbahn bewirken. Eine quer zur Laufrichtung wirkende Bandspannungsvorrichtung kann diesen Fehler mit einer genügend großen Anzahl von Stellgliedern derart korrigieren, dass kein Unterschied mehr auftritt. Unter genügend Stellgliedern, die in der Regel mit der Anzahl der Sektionen einher gehen, ist hier wünschenswert wenigstens eines pro Meter Arbeitsbreite der Faserstoffbahn zu verstehen. Unter einer sektionsweise wirkenden Bandspannungsvorrichtung sind unterschiedliche Einstellvorrichtungen zusammengefasst. Es kommen nebeneinander angeordnete und unterschiedlich anstellbare Laufräder in Betracht. Diese können zweckdienliche gewölbte Oberflächenkonturen aufweisen. Auch können innerhalb einer Bandleitwalze eine Anzahl von Stellorganen wirken, die die Außenkontur des Mantels derart verformen können, dass der Bandzug des Anlagebandes sektional eingestellt werden kann. Die am meisten bevorzugte Ausgestaltung der Bandspannungsvorrichtung wird jedoch in nachfolgenden Unteransprüchen beschrieben.
Wegen seiner relativ hohen Elastizität bzw. Flexibilität ist bevorzugt, dass das Anlageband im Wesentlichen aus einem Kunststoff besteht. Die Einwirkmöglichkeit der sektionsweise wirkenden Bandspannungsvorrichtung auf ein Anlageband aus Kunststoff ist deutlich größer, als wenn dies beispielsweise aus Metall ist. Zudem können Kunststoffe gewählt werden, deren Ausdehnungsverhalten unter Temperatureinfluss den Verhältnissen angepasst ist.
Wenn der Kunststoff ein größeres Ausdehnungsverhalten unter Temperatureinfluss besitzt, so ist das Anlageband vorzugsweise durch eine zonensteuerbare Heizanordnung direkt erwärmbar. Wird beispielsweise quer zur Laufrichtung des Anlagebandes eine Anzahl von Kalt- oder Heißluftdüsen installiert, deren Luftaustrittsöffnungen in Richtung des Anlagebandes weisen, so ist der Bandzug über das Ausdehnungsverhalten des Anlagebandes aufgrund der Temperaturunterschiede sehr einfach über die Bandbreite einstellbar und zu vergleichmäßigen.
In der Regel sind jedoch Materialen in das Anlageband zu integrieren, die eine besonders hohe Zugfestigkeit erlauben. Bevorzugt weist das Anlageband in der Laufrichtung angeordnete Verstärkungsfasern, vorzugsweise aus Aramid oder Kohle, auf. Derartige Fasern sind aber nicht mehr oder nur sehr eingeschränkt durch Wärmebeaufschlagung zu dehnen oder zu stauchen.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn eine zonensteuerbare Heizanordnung auf wenigstens eine Bandleitwalze wirkend angeordnet ist. Beide zusammen übernehmen die Funktion der Bandspannungsvorrichtung. Bandleitwalzen bestehen zum überwiegenden Anteil aus Metall und haben ein hohes Ausdehnungsvermögen. Wirkt eine Heizanordnung sektionsweise auf die Bandleitwalze, so wird sich in diesem Bereich der Durchmesser vergrößern und das Anlageband wird entsprechen gespannt. Verwendbare Heizeinrichtungen können sich in oder außerhalb der Bandleitwalze befinden. Innerhalb der Walze sind dem Fachmann öl-oder gasbetriebene oder auch elektrisch arbeitende Heizvorrichtungen für Walzen allgemein bekannt und müssen hier nicht weiter erläutert werden.
Besonders bevorzugt wirkt die Heizanordnung jedoch von außen auf die wenigstens eine Bandleitwalze. Sie ist dadurch wartungsfreundlicher ausgebildet.
Insbesondere ist von Vorteil, wenn die Heizanordnung eine Induktivheizung umfasst. Induktive, etwa 50 bis 200 mm breite Heizschuhe haben sich bei Kalanderwalzen besonders bewährt. Die Erfinder haben derartige induktive Außenheizungen, die beispielsweise aus der EP 0 159 337 A1 oder der EP 1 688 538 A1 bekannt sind und an Heizwalzen von Kalandern betrieben werden, auf die Bandleitwalzen übertragen. Über die relativ schmalen Zonenbreiten, mit den Walzenabschnitte individuell in ihren Temperaturen regelbar sind, können die Zugspannungen im Anlageband exakt eingestellt werden.
Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass die zweite Walze eine Biegeeinstellwalze mit Stützelementen ist. Die zweite Walze ist also eine typische zweite Kalanderwalze, die gegen eine Heizwalze angepresst wird und kann eine harte (für ein Glättwerk) oder eine weiche (für einen Soft-Kalander) Oberfläche besitzen. Die Durchbiegung und somit der Anlagedruck gegen die Heizwalze ist zumindest in Gruppen von Stützelementen einstellbar. Auf diese Weise bekommt die Satinageanordnung eine zweite Querprofileinstellmöglichkeit für das Satinageergebnis bzw. das Volumen der Faserstoffbahn. Tatsächlich ist es so, dass Ungenauigkeiten, die aus dem ungeraden Zugspannungsquerprofil des Anlagebandes entstanden sind, durch die Einstellung der Biegeeinstellwalze ausgleichend auf das Endergebnis der Qualität der Faserstoffbahn ausgebügelt werden können. Unter Qualität ist hier beispielsweise auch die Korrelation der Oberflächenbeschaffenheit (Glätte, Glanz, usw.) mit dem Volumen bzw. der Biegesteifigkeit zu verstehen. Und umgekehrt sind Fehler, beispielsweise in dem die Glätte erzeugenden Druck- oder Streckenlastquerprofil der Biegeeinstellwalze, durch die Zugspannungseinstellung des Anlagebandes korrigierbar. Zur Verdeutlichung sei ein Versuchsergebnis genannt. Bei der Satinage von Karton mit einer Geschwindigkeit von 500 m/min bei einer 180°C-Oberflächentemperatur der Heizwalze konnte der gleiche Volumen- und der gleiche Glättewert erreicht werden, einmal mit Streckenlasten von 100 N/mm im Nip und 0,1 MPa Bandanlagedruck und andererseits mit 80 N/mm Streckenlast im Nip und 0,15 MPa Bandanlagedruck. Dabei korreliert der Bandanlagedruck selbstverständlich mit der Zugspannung. Durch diese beiden Stellgrößen auf das Satinageergebnis lässt sich die Satinageanordnung sehr effektiv nutzen.
Hilfreich ist außerdem wenigstens ein Sensor vorgesehen, der das Querprofil des Satinageergebnisses und/oder Eigenschaften des Bandes erfasst. Um die Qualität der satinierten Papierbahn zu ermitteln, sind zahlreiche Scannertypen, die auch zur Erfassung des Querprofils geeignet sind, bekannt. Glanz-, Glätte-, Volumenscanner und viele weitere über die Satinagequalität Aufschluss gebende Messgeräte sind dem Fachmann geläufig und müssen nicht weiter erläutert werden. Außerdem werden im Papiermaschinenbau Transportbänder eingesetzt, deren Zugspannungen und deren Laufverhalten gemessen werden. Diese Arten von Sensoren bzw. Messvorrichtungen können während des Betriebs vorteilhaft zur aktuellen Ermittlung von Satinagequalitäten und/oder Anlagebandzugspannungen eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist eine Steuerung vorhanden, die aufgrund der über den wenigstens einen Sensor erfassten Messwerte, die Stützelemente der Biegeeinstellwalze oder/und die Bandspannungsvorrichtung steuert oder regelt. Eine solche elektronische Steuerung macht den Satinageprozess besonders unkritisch in Bezug auf ein nicht gleichförmiges Satinageergebnis. Ist der Sensor zur Qualitätskontrolle unmittelbar hinter der Satinageanordnung, so können die gemessenen Werte über die Steuerung direkt in Ansteuerung der Bandspannungsvorrichtung oder der Stützelemente der Biegeeinstellwalze zurückgeführt werden. Man reagiert und regelt so quasi unmittelbar nach der Entstehung von Ungleichmäßigkeiten im Satinagequerprofil.
Bezüglich des Satinageverfahrens an einer beschriebenen Satinageanordnung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Satinageergebnis durch eine Einstellung eines Zugspannungsquerprofils eines Anlagebandes beeinflusst wird.
Vorteilhaft ist - wie bereits in der Beschreibung zur Satinageanordnung erwähnt -, wenn eine Einstellung des Zugspannungsquerprofils des Anlagebandes und eines Streckenlastquerprofils im Behandlungsnip aufeinander abgestimmt werden. Hier ist es besonders bevorzugt, wenn die Zonenbreiten von Bandspannungsvorrichtung und Stützelementen identisch sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Satinageanordnung 1. Sie umfasst eine Heizwalze 2, die auf herkömmliche Weise mit Öl, mit Gas oder induktiv beheizt sein kann. Der Fachmann kennt derartige Heizwalzen aus jedem Kalander. Die Kalanderwalzen werden in der Regel mit einem konstanten Oberfächen-Temperaturprofil betrieben, es sei denn, sie werden über eine induktive Außenheizung erwärmt.
Die Heizwalze bildet einen Nip mit einer zweiten Walze 3, die mit Vorteil eine Biegeeinstellwalze mit Stützelementen 4 ist. Von den Stützelementen sind bekannterweise in die Blatttiefe der Figur hinein mehrere hintereinander geschaltet und einzeln oder in Gruppen ansteuerbar. Dadurch kann der rotierende Mantel der zweiten Walze 3 zonenweise unterschiedlich an die Heizwalze 2 in Pfeilrichtung 5 angedrückt werden. Dabei ist die Oberflächenbeschaffenheit der zweiten Walze 3 (Metall, elastischer Kunststoffbelag, o. ä.) von der zu satinierenden Faserstoffbahn 6 (in der Figur punktiert gezeichnet) abhängig. Diese Faserstoffbahn 6 wird in dem durch die Heizwalze 2 und die zweite Walze 3 gebildeten Nip 7 behandelt. Der Pfeil 8 deutet die Einlaufrichtung der Faserstoffbahn 6 an. Unmittelbar nach dem Nip 7 in Bahnlaufrichtung 8 schließt sich ein Anlagebereich 9 an, in dem die Faserstoffbahn 6 über einen Teilumfang an der heißen Oberfläche der Heizwalze 2 anliegt und erwärmt wird. Die Heizwalze 2 sollte dabei über 140°C Oberflächentemperatur haben, um die Erweichungstemperatur der Fasern zu überschreiten und auf diese Weise eine glatte Oberfläche der Faserstoffbahn 6 zu erzeugen.
In dem Anlagebereich wirkt ein Anlageband 10 von außen gegen die Faserstoffbahn 6, um den Kontakt der Faserstoffbahn 6 mit der Oberfläche der Heizwalze 2 zu halten. Dieses endlose Anlageband 10 wird über Bandleitwalzen 11 geführt und kann in nicht dargestellter Weise bei einem Faserbahnriss oder einem Wechsel abgeschwenkt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass das Satinageergebnis sehr stark von einer gleichmäßigen Zugspannung im Anlageband quer zur Laufrichtung des Anlagebandes abhängt. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine sektionsweise wirkende Bandspannungsvorrichtung 12 installiert. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine auf mindestens eine Bandleitwalze 11a wirkende Induktionsheizung 13 mit mehreren in die Blatttiefe der Figur angeordneten einzeln ansteuerbaren Induktionsspulen 14, die auf die Bandleitwalze 11a wirken. Auf diese Weise kann sektionsweise der Durchmesser der Bandleitwalze 11a verändert werden und das Zugspannungsprofil im Anlageband 10 eingestellt werden. Das Satinageergebnis wird im Querprofil deutlich vergleichmäßigt. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in nicht dargestellter Weise, beispielsweise über die Verschiebbarkeit einer Bandleitwalze, neben der sektionsweise wirkenden Bandspannungsvorrichtung 12 zusätzlich eine auf der ganzen Breite des Bandes wirkende Bandspannungsvorrichtung einsetzbar ist.
Besonders gut funktioniert dieses Verfahren, wenn in das Anlageband Verstärkungsfasern, insbesondere aus Aramid oder Kohle, eingebettet sind, die kaum Längenänderungen bei Temperaturbeaufschlagung zeigen, und das gesamte Anlageband im Wesentlichen aus Kunststoff besteht.
Mittels gestrichelter Linien ist angedeutet, dass auch an den übrigen Bandleitwalzen 11 b, 11 c weitere Induktionsheizungen installiert werden können. Wenn sich diese innerhalb der Anlagebandschlaufe befinden, nehmen sie auch keinen weiteren Raum in Anspruch.
Die Satinageanordnung ist mit mehreren Sensoren bestückt, die der Einfachheit halber einfach als Kästchen angedeutet sind. Ein Satinagequalitätssensor 15 befindet sich am Ausgang der Satinageanordnung und überwacht beispielsweise den Glanz, die Glätte oder das Volumen der satinierten Faserstoffbahn 6. Ein Anlageband-Eigenschaftssensor 16 prüft beispielsweise die korrekte Bandspannung oder den Bandlauf.
In einer elektronischen Steuerung 17 werden die Messdaten der Sensoren, die über die Steuerleitungen 18, 19 zur Steuerung 17 gebracht werden, ausgewertet. Kommt es beispielsweise zu Ungleichmäßigkeiten im Satinagequerprofil der Faserstoffbahn 6, werden als Stellglieder die Bandspannungsvorrichtung 12 und/oder die Stützelemente 4 der zweiten Walze 3 über die Steuerleitungen 20 bzw. 21 korrigierend betätigt.
Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere gilt die Erfindung auch für eine Satinageanordnung mit einer Vorheizstrecke, so dass der Bahnlaufpfad gemäß Pfeil 8 genau in die entgegengesetzte Richtung verläuft. Zudem kann die zweite Walze, sofern sie eine entsprechende Oberfläche besitzt, beheizbar sein, was sich zusätzlich positiv auf Zweiseitigkeit der Faserstoffbahn auswirken kann.
Bei speziellen Faserstoffbahnen ist es ggf. auch sinnvoll sein, als Behandlungsnip 7 einen Breitnip vorzusehen, das heißt, die zweite Walze 3 beispielsweise als Schuhwalze auszubilden..

Bezugszeichenliste

1: Satinageanordnung
2: Heizwalze
3: Zweite Walze, Biegeeinstellwalze
4: Stützelement
5: Druckrichtung
6: Faserstoffbahn
7: Nip
8: Einlaufrichtung
9: Anlagebereich
10: Anlageband
11a, 11b, 11c: Bandleitwalze
12: Bandspannungsvorrichtung
13: Heizanordnung, Induktivheizung
14: Induktionsspule
15: Satinagequalitätssensor
16: Eigenschaftssensor
17: Steuerung
18: Steuerleitung
19: Steuerleitung
20: Steuerleitung
21: Steuerleitung

Claims

Satinageanordnung für eine Faserstoffbahn (6), insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, mit einem Behandlungsnip (7), der durch eine Heizwalze (2) und eine zweite Walze (3) gebildet ist, und einem Anlagebereich (9), in dem ein über mindestens zwei Bandleitwalzen (11a, 11b, 11c) geführtes endloses Anlageband (10) die Faserstoffbahn (6) vor oder hinter dem Nip (7) zur Erwärmung über einen Umfangsabschnitt an die Heizwalze (2) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageband (10) eine quer zu seiner Laufrichtung sektionsweise wirkende Bandspannungsvorrichtung (12) besitzt.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageband (10) im Wesentlichen aus einem Kunststoff besteht.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageband (10) durch eine zonensteuerbare Heizanordnung direkt erwärmbar ist.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageband (10) in Laufrichtung (8) angeordnete Verstärkungsfasern, vorzugsweise aus Aramid oder Kohle, aufweist.
Satinageanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zonensteuerbare Heizanordnung (13) auf wenigstens eine Bandleitwalze (11a, 11b, 11c) wirkend angeordnet ist.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (13) von außen auf die wenigstens eine Bandleitwalze (11a, 11b, 11c) wirkt.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (13) eine Induktivheizung umfasst.
Satinageanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandspannungsvorrichtung (12) innerhalb des Bandumlaufs angeordnet ist.
Satinageanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Walze (3) eine Biegeeinstellwalze mit Stützelementen (4) ist.
Satinageanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (15, 16) vorgesehen ist, der das Querprofil des Satinageergebnisses und/oder Eigenschaften des Anlagebandes (19) erfasst.
Satinageanordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (17) vorhanden ist, die aufgrund der über den wenigstens einen Sensor (15, 16) erfassten Messwerte, die Stützelemente (4) der Biegeeinstellwalze (3) oder/und die Bandspannungsvorrichtung (12) steuert oder regelt.
Verfahren zur Satinage einer Faserstoffbahn (6) mit einer Satinageanordnung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Satinageergebnis durch eine Einstellung eines Zugspannungsquerprofils eines Anlagebandes (10) beeinflusst wird.
Verfahren zur Satinage einer Faserstoffbahn gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung des Zugspannungsquerprofils des Anlagebandes (10) und eines Streckenlastquerprofils im Behandlungsnip (7) aufeinander abgestimmt werden.