EP2381033A1 - Verfahren zur Qualitätssteigerung einer Papiermachine - Google Patents

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EP2381033A1
EP2381033A1 EP11158757A EP11158757A EP2381033A1 EP 2381033 A1 EP2381033 A1 EP 2381033A1 EP 11158757 A EP11158757 A EP 11158757A EP 11158757 A EP11158757 A EP 11158757A EP 2381033 A1 EP2381033 A1 EP 2381033A1
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EP
European Patent Office
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roller
elastic
coating
nip
outer metallic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11158757A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Gabbusch
Michael Ganasinski
Josef Kohnen
Johann Moser
Dr. Jörg Rheims
Dr. Lothar Zimmermann
Ulrich Rothfuss
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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    • 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
    • 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 method for improving the quality of a newsprint paper machine comprising a sheet forming assembly, a press section, a dryer section and a soft calender comprising a heating roll and a nip-forming polymer shelled elastic roll with the heating roll, produces a high DIP content and 8-16% filler paper.
  • the smoothness of this elastic nip remains basically one-sided. On the paper web side, which has contact with the hard, metallic and heatable roll, higher gloss and smoothness values are produced than on the other side, which touches the polymer-coated roll.
  • the idea is usually to provide a second nip to increase the gloss and level of smoothness on the rougher side of the web and thus also to approximate the smoother paper side. For reasons of space or cost, however, very often this second nip has to be dispensed with.
  • the object is achieved by providing the elastic roller provided with a polymer outer sheath with an outer metallic and heatable coating, bringing a line load in the nip to at least 150 N / mm and, furthermore, the proportion of fillers introduced via the sheet forming arrangement to 16 - 35% increase.
  • the inventors have realized that this is done by a combination of three actions, firstly providing the elastic outer polymer sheath with a very thin metallic layer. This process is in the DE 10 2008 037 999 A1 and must be repeated at most once a year.
  • outer shell is here to be understood either an elastic coating on a metal shell or a completely made of elastic material coat.
  • the roller retains a necessary for a uniform compression of the paper web elasticity and is also so smooth that even a rougher web page can be smoothed sufficiently well. Due to the heatability of the surface layer by means of induction or hot blower heating, additional energy for calendering can be introduced into the only one nip.
  • the draft load must also be increased by about twice to at least 150 N / mm become. This results in an excellent smoothness effect, which probably affects due to the smooth surface of the elastic roller in an unexpected manner on both sides of the web approximately equal.
  • a third measure is also important.
  • the filler content of the web always based on the dry web, must be increased significantly in order to obtain the desired results. In conjunction with the high line load, the increased fillers result in a particularly homogeneous and therefore easily printable web surface.
  • both the surface of the heating roller and the elastic roller provided with an outer metallic coating are heated to at least 70 ° C., preferably 90 ° C. With temperatures of such magnitude, the glass transition point of the fibers is achieved at least at the web surface, which leads to a merger with a high smoothness gain.
  • the surface temperatures of the heating roller and / or the roller provided with elastic polymer covering and an outer metallic and heatable layer are adjusted in zones transversely to the direction of fiber web travel.
  • the smoothness profile can be influenced not only with regard to the two-sidedness but also with respect to the transverse profile.
  • the outer metallic layer is preferably applied by means of a spraying method, preferably the HVOF method. In this way, a very smooth coating can be gently applied in the polymeric material.
  • the coating is sufficiently thin to preserve the elastic character of the roll.
  • FIG. 1 a schematic, partially cut Representation of a newspaper printing machine to be increased according to the invention in their quality output.
  • the newspaper printing press 1 comprises the sheet forming arrangement 2, the press section 3 and the drying section 4, which is shown only as a rectangular symbol, and which are traversed by a paper web 5 to be produced in this order. These units are known in the art and need not be explained in detail.
  • a calender 6 with only one nip 9. This is formed by a heat roller 7 and an elastic roller 8. Behind it, for example, in a manner not shown, a winding device for the then satined paper web.
  • the elastic roller 8 of the calender 6 is shown as a bending adjusting roller. It has a non-rotating axis 11 around which a shell 12 rotates, which consists either completely or only on its covering of an elastic polymer. Both possibilities are referred to below as the polymer shell 13. Between the axis and the jacket pressure transducer 14, which are known for Biegeeinstellwalzen act, at least in the direction of the heating roller. 7
  • peripheral holes 15 are indicated, through which a temperature control can be passed.
  • Other heating of the heating roller 7 are possible, such as a gas heater or an inductive heating.
  • the roller can be moved in the direction of elastic roller 8 or the nip 9 are opened.
  • the supplied material is marked, which is applied to a screen, not shown, in a known manner for sheet formation.
  • This fabric has a filler content of 8-16% for a standard newsprint as measured on the dry web.
  • the elastic pad is provided with a 10 to 200 micron thick metallic coating 17.
  • a metallic layer can be applied in different ways.
  • a spraying process offers itself because of the geometry to be coated and the experience.
  • the HVOF method High Velocity Oxy Fuel
  • a suitable spray powder is melted at a relatively low temperature (immediately behind the nozzle up to about 2000 ° C.) and high kinetic energy (up to 650 m / s) and thrown onto the roll surface.
  • the material first flows into cavities of the surface and then forms a closed layer, which receives excellent adhesion to the base material. So that the base material, for example epoxy, is not destroyed by the heat, it must be cooled. This should be done with CO 2 .
  • the pressure sensors 14 or the adjusting cylinder 16 are subjected to higher pressures, so that the line load in the nip increases to at least 150 N / mm. This is about twice as common as normal newsprint.
  • the filler content of fabric 10 is increased to 16-35%. As a result, all pores in the web are closed and you get a paper web with the property to be printed in heat set or for flexographic printing.
  • Additional measures include, for example, to heat the elastic roller 8 on the metallic coating 17. This can be done, for example, with externally acting induction heaters 18. In order to set the temperature profile over the web width, several individually controllable heating shoes are placed side by side.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine, die mit einer Blattbildungsanordnung, einer Pressenpartie, einer Trockenpartie und einem Soft-Kalander, der eine Heizwalze und eine mit der Heizwalze einen Nip bildende, mit einer Polymerhülle versehene elastische Walze umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier erzeugt. Um bessere Papierqualitäten zu erzeugen, werden die mit einer Polymeraußenhülle versehenen elastischen Walze mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung versehen, eine Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine, die mit einer Blattbildungsanordnung, einer Pressenpartie, einer Trockenpartie und einem Soft-Kalander, der eine Heizwalze und eine mit der Heizwalze einen Nip bildende, mit einer Polymerhülle versehene elastische Walze umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier erzeugt.
  • Bei Papiermaschinen dieser Art wird ein gutes Zeitungsdruck-Papier in konstanter Qualität erzeugt, das sich beispielsweise für Tageszeitungen eignet. Häufig ist der weitaus größte Anteil des Stoffs aus aufbereitetem Altpapier (DIP) erzeugt worden. Das bringt es mit sich, dass der Füllstoffanteil in der Regel zwischen 8 und 16% beträgt. Bei einem derartigen Papier reicht es oft aus, nur einen Soft-Kalander-Nip zur Satinage zu verwenden. Dabei wird die rauere aus der Trockenpartie kommende Bahnseite in Kontakt mit der stärker glättenden Heizwalze und die andere Seite, die glatter aus der Trockenpartie herausläuft, in Kontakt mit der polymer beschichteten elastischen Walze gebracht. Ein relativ weicher Belag auf einer Walze ist notwendig, um dem Papier eine für die anschließende Bedruckbarkeit notwendige gleichmäßige Dichte zu verleihen.
  • Die Glättwirkung dieses elastischen Nips bleibt jedoch grundsätzlich einseitig. An der Papierbahnseite, die Kontakt zur harten, metallischen sowie beheizbaren Walze hat, werden höhere Glanz- und Glättewerte erzeugt als auf der anderen Seite, die die polymerbeschichtete Walze berührt.
  • Neben der Anfertigung von Standard-Zeitungsdruckpapieren mit mittleren Rauigkeiten zwischen 120-220 ml/min nach Bendtsen versucht man auf den im Oberbegriff genannten Zeitungsdruckmaschinen auch höherwertige Qualitäten zu erzeugen, wie beispielsweise für Heat Set- mit Rauigkeiten von 80-100 ml/min bzw. für Flexo-Druck geeignete Papiere mit Rauigkeiten von 50-80 ml/min.
  • Bei den einfachen Zeitungsdruck-Papieren mit geringer oder gar keiner Zweiseitigkeit wird diese wegen der üblichen niedrigen Belastungen im Bereich von 30 bis 100 N/mm Streckenlast im Nip zunächst nur geringfügig verändert. Das gilt nicht mehr für die genannten Heat Set- bzw. für Flexo-Druck geeigneten Papiere. Es handelt sich dabei um Papiere, deren Füllstoffanteil höher liegt. Bei diesen zeigt sich nämlich, dass die Zweiseitigkeit mit zunehmender Satinageleistung durch die einseitige Glättung stark ansteigen kann. Diese wird umso deutlicher, je höher der Druck im Nip oder die Temperatur an der Heizwalze eingestellt werden. Das Papier stärker zu verdichten, bedingt also eine hohe Zweiseitigkeit. Die Temperatur der Heizwalze zu erhöhen, führt ebenfalls dazu. Um dies zahlenmäßig zu verdeutlichen: während für Standard-Zeitungsdruck aufgrund der geringen Satinageleistung, ein Niveau von 10 % nicht überschritten wird, so können bei Heat Set- bzw. Flexo-Druck-Qualitäten Zweiseitigkeiten von 20 bis 30 % beobachtet werden.
  • Um das Problem zu lösen lautet die Überlegung in der Regel, einen 2. Nip vorzusehen, um das Glanz- und Glätteniveau an der raueren Bahnseite zu erhöhen und somit auch eine Angleichung an die glattere Papierseite zu bewirken. Aus Platz- bzw. Kostengründen muss allerdings sehr häufig auf diesen 2. Nip verzichtet werden.
  • Nun wird jedoch immer häufiger gewünscht, auf einer Maschine für Standard-Zeitungsdruckpapiere, also Produkte mit geringer Verdichtung und somit akzeptabler Zweiseitigkeit, gleichermaßen Papiere mit niedrigeren Rauigkeiten bzw. höheren Glätten zu erzeugen, deren Zweiseitigkeit ebenfalls 10 % nicht übersteigt. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem mit nur einem Nip die Qualität von Zeitungsdruckpapier verbessert werden kann, ohne eine Zweiseitigkeit zu erzeugen, die größer als 10 % ist.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mit einer Polymeraußenhülle versehene elastische Walze mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung versehen, eine Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht werden.
  • Auf diesem Weg werden ohne großen Aufwand durch drei relativ einfache Maßnahmen überraschenderweise Papierqualitäten erzeugt, die einem Heat Set- oder Flexo-Druck fähigen Papier nicht nachstehen und mit großem Vorteil zudem eine sehr geringe Zweiseitigkeit haben.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass dies durch eine Kombination von drei Handlungen geschieht, wobei man erstens die elastische Polymeraußenhülle mit einer sehr dünnen metallischen Schicht versieht. Dieser Vorgang ist in der DE 10 2008 037 999 A1 beschrieben und muss maximal einmal pro Jahr wiederholt werden. Unter dem Begriff Außenhülle ist hier entweder ein elastischer Belag auf einem Metallmantel oder ein komplett aus elastischem Material hergestellter Mantel zu verstehen. Die Walze behält dabei eine für eine gleichmäßige Verdichtung der Papierbahn notwendige Elastizität und wird zudem so glatt, dass auch eine rauere Bahnseite ausreichend gut geglättet werden kann. Durch die Beheizbarkeit der Oberflächenschicht mittels Induktions-oder Heißgebläseheizung kann zusätzlich Energie zur Satinage in den nur einen Nip eingebracht werden.
  • Gleichzeitig und als zweite Maßnahme muss allerdings auch die Strecklast um etwa das Doppelte auf mindestens 150 N/mm erhöht werden. Dadurch erhält man einen hervorragenden Glätteffekt, der sich vermutlich aufgrund der glatten Oberfläche der elastischen Walze in unerwarteter Weise auf beiden Bahnseiten annähernd gleich auswirkt. Eine dritte Maßnahme ist ebenfalls wichtig. Der Füllstoffgehalt der Bahn, immer bezogen auf die trockene Bahn, muss deutlich erhöht werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten. Verbunden mit der hohen Streckenlast bewirken die vermehrten Füllstoffe eine besonders homogene und damit gut bedruckbare Bahnoberfläche.
  • Es ist von Vorteil, wenn sowohl die Oberfläche der Heizwalze als auch die mit einer äußeren metallischen Beschichtung versehene elastische Walze auf wenigstens 70°C, vorzugsweise 90 °C erwärmt werden. Mit Temperaturen ab einer solchen Größenordnung wird zumindest an der Bahnoberfläche der Glasübergangspunkt der Fasern erreicht, was zu einer Verschmelzung mit hohem Glättegewinn führt.
  • Vorzugsweise werden die Oberflächentemperaturen der Heizwalze und/oder der mit elastischem Polymerbelag und einer äußeren metallischen und beheizbaren Schicht versehenen Walze zonenweise quer zur Faserbahnlaufrichtung eingestellt. Auf diese Weise kann auf das Glätteprofil nicht nur in Hinblick auf die Zweiseitigkeit sondern auch bezüglich des Querprofils Einfluss genommen werden.
  • Bevorzugt wird die äußere metallische Schicht mittels eines Spritzverfahrens, vorzugsweise dem HVOF-Verfahren, aufgebracht. Auf diesem Weg kann eine sehr glatte Beschichtung in das Polymermaterial schonender Weise aufgebracht werden. Die Beschichtung ist ausreichend dünn, um den elastischen Charakter der Walze zu bewahren.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Zeitungsdruckmaschine, die gemäß der Erfindung in ihrem Qualitätsausstoß gesteigert werden soll.
  • Die Zeitungsdruckmaschine 1 umfasst die lediglich als rechteckiges Symbol dargestellten Blattbildungsanordnung 2, Pressenpartie 3 und Trockenpartie 4, die von einer herzustellenden Papierbahn 5 in dieser Reihenfolge durchlaufen werden. Diese Aggregate sind dem Fachmann bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. In Bahnlaufrichtung folgt ein Kalander 6 mit nur einem Nip 9. Dieser wird durch eine Heizwalze 7 und eine elastische Walze 8 gebildet. Dahinter kann sich beispielsweise in nicht dargestellter Weise eine Aufwickelvorrichtung für die dann satinierte Papierbahn befinden.
  • Die elastische Walze 8 des Kalanders 6 ist als Biegeeinstellwalze dargestellt. Sie besitzt eine nicht drehende Achse 11, um die ein Mantel 12 rotiert, der entweder vollständig oder nur an seinen Belag aus einem elastischen Polymer besteht. Beide Möglichkeiten werden im Folgenden als Polymerhülle 13 bezeichnet. Zwischen der Achse und dem Mantel wirken Druckgeber 14, die für Biegeeinstellwalzen bekannt sind, zumindest in Richtung der Heizwalze 7.
  • Bei der Heizwalze 7 sind periphere Bohrungen 15 angedeutet, durch die ein Temperiermittel geleitet werden kann. Andere Beheizungen der Heizwalze 7 sind möglich, wie beispielsweise eine Gasheizung oder eine induktive Heizung. Über einen Anstellzylinder 16 kann die Walze in Richtung elastischer Walze 8 bewegt oder der Nip 9 geöffnet werden.
  • Durch den Pfeil 10 wird der zugeführte Stoff gekennzeichnet, der auf ein nicht dargestelltes Sieb in bekannter Art zur Blattbildung aufgetragen wird. Dieser Stoff besitzt für ein Standard-Zeitungsdruckpapier einen Füllstoffgehalt von 8 - 16 %, gemessen an der trockenen Bahn.
  • Um nun die Qualität der Papierbahn deutlich zu verbessern, werden erfindungsgemäß drei Maßnahmen eingeleitet.
  • Als Erstes wird der elastische Belag mit einer 10 bis 200 µm starken metallischen Beschichtung 17 versehen. Grundsätzlich kann eine metallische Schicht auf unterschiedliche Art und Weise aufgetragen werden. Ein Spritzverfahren bietet sich aufgrund der zu beschichtenden Geometrie und den Erfahrungen an. Als spezielles Verfahren hat sich das HVOF- Verfahren (High Velocity Oxy Fuel) herausgestellt, bei dem mit einer selbst fließenden Metalllegierung die Poren und Mikrorisse des Kunststoffbezuges ausgefüllt und so eine extrem gute Haftung der Schicht auf dem Mantel 12 erreicht wird. Bei diesem Spritzverfahren wird mit relativ geringer Temperatur (unmittelbar hinter der Düse bis zu etwa 2000 °C) und hoher kinetischer Energie (bis zu 650 m/s) ein geeignetes Spritzpulver angeschmolzen und auf die Walzenoberfläche geschleudert. Dort fließt bei selbstfließenden Legierungen das Material zunächst in Hohlräume der Oberfläche und bildet dann eine geschlossene Schicht, die eine ausgezeichnete Haftung zum Grundwerkstoff erhält. Damit der Grundwerkstoff, zum Beispiel Epoxid, nicht durch die Hitze zerstört wird, muss er gekühlt werden. Dies sollte mit CO2 geschehen.
  • Als zweite Maßnahme werden die Druckgeber 14 oder der Anstellzylinder 16 mit höheren Drücken beaufschlagt, so dass sich die Streckenlast im Nip auf mindestens 150 N/mm erhöht. Das ist in etwa doppelt so hoch wie bei normalem Zeitungsdruckpapier üblich.
  • Schließlich wird drittens der Füllstoffgehalt des Stoffs 10 auf 16 - 35 % erhöht. Dadurch werden alle Poren in der Bahn geschlossen und man erhält eine Papierbahn mit der Eigenschaft, im Heat Set- bzw. für Flexo-Druckverfahren bedruckt zu werden.
  • Zusätzliche Maßnahmen sind beispielsweise, auch die elastische Walze 8 an der metallischen Beschichtung 17 zu beheizen. Dies kann beispielsweise mit von außen wirkenden Induktivheizungen 18 geschehen. Um das Temperaturprofil über die Bahnbreite einstellen zu können, werden dazu mehrere einzeln ansteuerbare Heizschuhe nebeneinander gesetzt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zeitungsdruckmaschine
    2
    Blattbildungsanordnung
    3
    Pressenpartie
    4
    Trockenpartie
    5
    Papierbahn
    6
    Kalander
    7
    Heizwalze
    8
    elastische Walze
    9
    Nip
    10
    Stoff (Pfeil)
    11
    Achse
    12
    Mantel
    13
    Polymerhülle
    14
    Druckgeber
    15
    Bohrungen
    16
    Anstellzylinder
    17
    Beschichtung
    18
    Induktivheizung

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steigerung der Qualität einer Zeitungsdruck-Papiermaschine (1), die mit einer Blattbildungsanordnung (2), einer Pressenpartie (3), einer Trockenpartie (4) und einem Soft-Kalander (6), der eine Heizwalze (7) und eine mit der Heizwalze (8) einen Nip (9) bildende, mit einer Polymerhülle (13) versehene elastische Walze (8) umfasst, ein mit hohem DIP-Anteil und 8 - 16 % Füllstoffen versehenes Papier (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Polymeraußenhülle (13) versehene elastische Walze (7) mit einer äußeren metallischen und beheizbaren Beschichtung (17) versehen, eine Streckenlast im Nip (9) auf mindestens 150 N/mm gebracht und weiterhin der Anteil an Füllstoffen, der über die Blattbildungsanordnung (2) eingebracht wird, auf 16 - 35 % erhöht werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Oberfläche der Heizwalze (8) als auch die mit einer äußeren metallischen Beschichtung (17) versehene elastische Walze (7) auf wenigstens 70 °C, vorzugsweise 90 °C erwärmt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturen der Heizwalze (7) und/oder der mit elastischem Polymerbelag und einer äußeren metallischen und beheizbaren Schicht versehenen Walze (8) zonenweise quer zur Faserbahnlaufrichtung eingestellt werden.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere metallische Beschichtung (17) mittels eines Spritzverfahrens, vorzugsweise dem HVOF-Verfahren, aufgebracht wird.
EP11158757A 2010-04-26 2011-03-18 Verfahren zur Qualitätssteigerung einer Papiermachine Withdrawn EP2381033A1 (de)

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RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: GABBUSCH, UDO

Inventor name: KOHNEN, JOSEF

Inventor name: RHEIMS, JOERG

Inventor name: GANASINSKI, MICHAEL

Inventor name: ZIMMERMANN, LOTHAR

Inventor name: ROTHFUSS, ULRICH

Inventor name: MOSER, JOHANN

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