FI111864B - Menetelmä paperirainan kalanteroinnissa ja menetelmää soveltava kalanteri - Google Patents

Description

1 111864

Menetelmä paperirainan kalanteroinnissa ja menetelmää soveltava ka-lanteri

Keksinnön kohteena on menetelmä paperirainan kalanteroinnissa, jos-5 sa paperiraina viedään kahden kalanteritelan muodostaman kalante-rointinipin läpi, joista kalanteriteloista ainakin toinen tela on muodostettu pehmeäpintaiseksi polymeeri- tai vastaavaa materiaalia olevan pinnoitteen tai kyseisen telan yli viedyn ja nipin läpi kulkevan nauhan avulla, jolloin kalanterointinipin profiilia säädetään kalanterille tulevassa rai-10 nassa esiintyvien virheiden kompensoimiseksi.

Keksinnön kohteena on myös kalanteri, joka käsittää ainakin yhden kalanterointinipin, joka muodostuu kahden kalanteritelan väliin, joista nipin muodostavista kalenteriteloista ainakin toinen tela on varustettu 15 pinnoitteen tai kyseisen telan yli viedyn ja nipin läpi kulkevan nauhan muodossa olevalla joustavalla (pehmeällä), polymeeri- tai vastaavaa materiaalia olevalla pintakerroksella, jolloin kalanteri on varustettu ainakin yhdellä säätölaitteilla kalanterointinipin profiilin säätämiseksi kompensoimaan kalanterointinippiin tulevassa rainassa esiintyviä vir-20 heitä.

Kalanterille tulevassa paperi rainassa esiintyy paperikoneen märän .. pään: perälaatikko, muodostusosa ja puristinosa, ja kuivatusosan toi- ; "·. minnallisesta epätarkkuudesta johtuvia vaihteluita. Kalanterilla pyritään 25 sen pääasiallisen tehtävän, rainan pintaominaisuuksien viimeistelyn, li-säksi korjaamaan edellä esitettyjä rainan laadun epätarkkuuksia. Kalan-terin toimintaa täytyy siis voida säätää eli kalanterointinipin profiilin tu-lee olla säädettävissä näiden virheiden kompensoimiseksi.

• * * > »· 30 Perinteisesti kalanterilla tapahtuva profiilinsäätö on suoritettu muutta-; V: maila metallipintaisen nippitelan halkaisijaa tai nippivoimaa paikallisesti . ja/tai käyttämällä ns. taipumakompensoituja teloja, joiden avulla pysty- ' ;.t tään nippivoimaprofiilia säätämään halutulla tavalla. Näillä teloilla on : kuitenkin verrattain suuri telan sisäisistä liukukitkoista aiheutuva pyöri- \ , .·' 35 tystehon tarve, ja lisäksi telat ovat erittäin monimutkaisia rakenteeltaan ja siten myös kalliita valmistaa.

♦ ·

> > I

» t 2 111864

Halkaisijan muuttaminen on perinteisesti suoritettu metallitelan vaippaa paikallisesti ulkopuolisesti tai sisäpuolisesti kuumentamalla tai vastaavasti jäähdyttämällä. Telavaipan paikallisessa lämmittämisessä on kokeiltu mm. kuumailmapuhallusta, infrapunakuumennusta ja erilaisia 5 sähkölämmityselementtejä. Menetelmän haittana on kuitenkin käytettyjen laitteiden telaan nähden suuri koko ja erillisten kannattimien ja siirto-laitteiden tarve. Kalanterin puhdistusta ratakatkon jälkeen vaikeuttaa telan ja lämmönsäätölaitteiston välinen pieni rako, johon rainasilppua kerääntyy helposti rainakatkojen yhteydessä.

10

Merkittävänä haittana on lisäksi ollut se, että telavaipan halkaisijan muuttaminen on vaatinut varsin suuria lämpötilaeroja, jolloin nippitelan lämpötila aksiaalisuunnassa on voinut huomattavastikin vaihdella. Tällä puolestaan on ollut selvä vaikutus paperin kiiltoon, eli kalanteroinnin 15 jälkeen on paperirainassa saattanut esiintyä kiiltävämpiä ja vähemmän kiiltäviä raitoja.

Tekniikan tason osalta viitataan lisäksi US-patenttiin nro 4 658 716, jossa on esitetty kalanteritela, joka on varustettu useilla infrapunakuu-20 mentimilla, jotka on telan aksiaalisuunnassa järjestetty toisistaan välimatkan päähän. Kyseisten infrapunakuumentimien tarkoituksena on juuri säätää kalanteritelan halkaisijaa kalanterinippiin tulevan paperirai-.. \ nan rainan poikkisuunnassa esiintyvien vaihteluiden kompensoimiseksi, ; eli kyseisessä julkaisussa on juuri esitetty kalanterointinipin profiilin • >V 25 säätö metallitelaa ulkoisesti kuumentamalla. Tähän liittyviä ongelmia ; l.: kuitenkin käsiteltiin jo aikaisemmin.

Edelleen tekniikan tason mukaisena menettelytapana voidaan esittää i : suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 961816 esitetty menettelyta- 30 pa, jossa polymeeripinnan paikallisiin ominaisuuksiin vaikutetaan lämmittämällä ja jäähdyttämällä pinnoitetta ulkopuolisella lämpötilan-i‘: säätölaitteella.

Telavaipan sisäpuolisesta vyöhykkeittäin säädetystä lämmittämisestä ··’ 35 esimerkkinä voidaan mainita suomalainen patenttijulkaisu Fl 70358, jota vastaava patenttihakemus perustuu saksalaiseen prioriteettihake- ’·: mukseen DE 3033482.

> 111864

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan uudenlainen menetelmä paperirainan kalanteroinnissa sekä menetelmää soveltava kalanteri, joilla menetelmällä ja kalanterilla vältetään tekniikan tasoon liittyvät haittapuolet ja joilla saadaan aikaan parannus kalanterointinipin 5 profiilinsäädössä.

Keksinnön päämääriin pääsemiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiassa tunnusomaista, että nippivoimaprofiilinsäätö suoritetaan koneen käynnin aikana muuttamalla pehmeäpintaisen telan 10 runkona toimivan putken lämpötilaa vyöhykkeittäin säädetysti kone-suuntaan nähden poikittaissuunnassa ulkopuolisista ja sisäpuolisista metallipintaisten telojen lämpötilaprofilointilaitteistoista sinänsä tunnetuilla tavoilla.

15 Keksinnön mukaiselle menetelmää soveltavalle kalenterille on puolestaan pääasiassa tunnusomaista, että profiilinsäätölaite on järjestetty pehmeällä pintakerroksella varustetun kalanteritelan yhteyteen sen sisäpuolelle ja se on sovitettu konesuuntaan nähden poikittaissuunnassa muuttamaan halutulla tavalla telan putkimaisen rungon lämpötilaa ja 20 siten sen paikallista halkaisijaa.

Telarungon lämpötilaa säätämällä saadaan pienellä lämpötilan paikalli-:· sella erolla aikaan merkittävä profilointivaikutus kuten oheinen lasken- | ,·. taesimerkki osoittaa. Jos halkaisijaltaan 735 mm:n, metallirungon sei- ; 25 nämävahvuudeltaan 100 mm:n ja polymeeripinnoitevahvuudeltaan 25 : mm:n polymeeritelan rungossa ja pinnoitteessa on kahden vierekkäisen alueen välillä 5°C:n lämpötilaero, niin tällöin polymeeritelan halkaisija .on noin 65 pm suurempi lämpöisemmältä kohdalta. Rungon lämpö-: laajenemiskerroin on noin 1,17E-05 1/°C ja pinnoitteen kerroin poly- 30 meerimateriaaleille tyypillisesti korkeampi, noin 5.0E-05 1/°C. Nykyi-V: sellä tiheävyöhykkeisellä vyöhykesäädetyllä telalla saadaan vain ; j*: muutaman 10 pm:n ekvivalentti halkaisijamuutos aikaan.

:’ Keksinnön erästä edullista toteutusesimerkkiä selostetaan seuraavassa 35 lähemmin. Polymeeritelan rungon paikallinen lämmitys / jäähdytys on : Γ: mahdollista tehdä viileällä ilmapuhalluksella (suodatettu sali-ilma), jossa ;·· jokaisella vyöhykkeellä on oma säädettävä sähkövastuselementti. Vyö-

• I

hykkeen minimileveyden määrää käytännössä sähkövastuselementin 4 111864 leveys. Tällöin voidaan säätää puhalluslämpötilaa eri vyöhykkeillä (esim. 30...70 °C). Kun ilma puhalletaan nopeudella 10...200m/s edullisesti 30... 60 m/s kohti telan sisärunkoa, saavutetaan ilmalla hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet runkoon (200...350 W/m2°C). Ilmapuhallus 5 on tehtävä kapealla sektorilla telan kehän suunnassa, etteivät tarvittavat ilmamäärät nouse liian suuriksi. Puhalluksen aikana polymeeritela pyörii koko ajan. Ilma on edullista tuoda telaan ensimmäisen päädyn kautta polymeeritelaan sisään ja poistaa toisen päädyn kautta. Kussakin säätövyöhykkeessä on edullista olla puhallussuuttimen lisäksi imu-10 suutin, joka poistaa vyöhykkeen kohdalla käytetyn ilman ja estää sen kulkeutumisen muiden vyöhykkeiden alueelle. Sähkövastuselementtien ohjaus voidaan kytkeä kiilto- tai paksuusprofiilisäätöön. Lämmittäminen on mahdollista toteuttaa myös telarunkoa induktiivisesti vyöhy-kesäädetysti tai tasaisesti koko pituudeltaan kuumentamalla.

15

Keksinnön mukaisen telan lämpötilan ja siten halkaisijaprofiilin säätöön soveltuvalla lämmityslaitteella voidaan myös ylläpitää sellaista telan rungon peruslämpötilaa, että se estää pinnoitteen nipissä tapahtuvasta muodonmuutoksesta aiheutuvan lämmön johtumisen pinnoitteesta tela-20 runkoon ja jopa sisäpuolelta lämmittää polymeeripinnoitetta siten, että sen lämpötila myös pinnoitteen rainaa vasten olevalla alueella on korkeampi kuin pelkästään sisäisestä kitkasta, rainan lämpötilasta ja vas-:· ;· . tatelana toimivan telan pintalämpötilasta aiheutuvista lämpöenergia-• ,·. virroista voi aiheutua. Tällöin polymeeritelan voidaan katsoa toimivan j' . V 25 samoin kuin ns. termotelan, joka muokkaa rainan pintarakennetta kor-kean lämpötilan ja nippipaineen yhteisvaikutuksella ja voidaan aikaan-*; saada kaksipuolinen rainan pinnan silitysvaikutus kuten suomalaisissa *; patenteissa Fl 87815 ja Fl 85894 mainitaan. Edellä selostetun mukai- : sessa tapauksessa voidaan telan pinnoitteen lämpötila nostaa jopa 30 pinnoitteen materiaalin ns. lasisiirtymälämpotilaan Tg saakka, edulli-sesti kuitenkin n. 20°C sen alapuolelle, jolloin satunnainen paikallinen lämpötilan kohoaminen ei aiheuta pinnoitteen vaurioitumista.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavaa etua tunnettuun tekniikkaan ';·* 35 nähden ja keksinnöllä aikaansaatavista eduista voidaan mainita mm. V: se, että aksiaalisuunnassa paikallinen profiilinsäätö on yksinkertai- semmin suoritettavissa mm. sen johdosta, että tarvittavat lämpötilan-säätölaitteistot sijoitetaan telan sisäpuolelle ja ovat siten suojattuna 5 111864 mahdollisissa häiriötilanteissa ja koneen muun ylläpitohuollon kuten te-lanvaihtojen aikana eivätkä vaadi erillisiä kannattimia tai siirtolaitteita ratakatkojen aikaisen rainamateriaalin poiston tai telojen puhdistuksen mahdollistamiseksi.

5

Keksinnöllä saavutetaan huomattavaa etua tunnettuun tekniikkaan nähden myös siten, että vaikutettaessa sekä metallisen telarungon, että pinnoitteen lämpötilaan paikallisesti telan pituusakselin suhteen saavutetaan suurempi profilointiefekti samalla paikallisella lämpötilaerolla tai 10 edullisesti sama profilointiefekti pienemmällä lämpötilaerolla, jolloin erityisesti jälkimmäisessä tapauksessa voidaan lisäetuna mainita tasaisempi rainan pintakäsittely ja siten pienemmät kiiltovaihtelut rainan leveyssuunnassa samoilla paksuusprofiilin parannuksilla.

15 Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraa-vasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viittaamalla, joissa 20

Kuvio 1 esittää täysin kaaviomaisena kuvantona monitelaista kalan-teria, jossa osa kalanteriteloista on varustettu pinnoitteella.

:· .·. Kuvio 2 esittää pinnoitettua telaa, jonka sisään on asennettu läm- ! · .·. pötilan säätölaitteisto.

:*:y 25

Kuvio 1 kuvaa kalenteria, jossa keksinnön mukainen tela 2 soveltuu *;··;* erityisesti käytettäväksi. Tela on tässä sovellutusmuodossa asetettu v siten, että sen vastakkaisille puolille on muodostunut rainan 7 käsitte- : lynippi N, jolloin tela sinänsä asettuu kahden sitä välittömästi tukevan 30 telan 1, 5 väliin noudattaen niiden yleistä taipumamuotoa. Koska profi-Γ j:‘: lointi keksinnön mukaisessa kalanterissa tapahtuu telan runko-osan 3 : li’: paikallista halkaisijaa muuttamalla, saadaan yhdellä profiilinsäätölait- , teella tässä edullisessa tapauksessa aikaan kaksi olennaisesti samoin : profiloituvaa nippiä. Mikäli ainakin toinen profiloitavaan telaan 3 rajoit- * **;·’ 35 tuvista teloista 1,5 on vyöhykesäädettävä tela, kuten kuvassa alempi : .tela 5 sen sisälle asennetun toimilaitteen 6 avulla voidaan rainaan 7 : kohdistuvaa nippivoimaa profiloida vaihtoehtoisesti erikseen toisella tai samanaikaisesti molemmilla käytössä olevilla profiilinsäätölaitteilla, 6 111864 jolloin näiden yhteisvaikutusta voidaan hyödyntää siten, että profilointi-vaikutus on voimakkaampi kuin kummankaan säätölaitteen vaikutus erillisenä.

5 Kuvio 2 kuvaa menetelmän toteuttamiseen käytettävää telaa, joka koostuu putkimaisesta runko-osasta 3, jonka ulkopinnalle on kiinnitetty joustava pinnoite 4 ja telan putkimaisen runko-osan 3 sisälle sijoitetusta, vyöhykkeittäin 9 säädettävissä olevasta profiilinsäätölaitteesta 8, johon syötetään lämmönsiirtoväliainetta telan ensimmäisessä päässä si-10 jaitsevaa kanavaa 10 pitkin ja josta lämmösiirtoväliaine siirretään ulos telan toisessa päässä olevaa kanavaa 11 pitkin. Profiilinsäätölaite toimii lämpötilan säätölaitteena, joka sen sisältämien erikseen säädettävien elementtien avulla saa aikaan halutun lämpötilajakauman ja sen vaikutukset telan aksiaalisuunnassa.

15

Profiilinsäätölaite 8, joka pysyy telan pyöriessä paikoillaan, käsittää ensimmäisen aksiaalisuunnassa ulottuvan tulo-osan 12, joka jakaa si-sääntulevan ilman eri vyöhykkeisiin 9. Kunkin vyöhykkeen 9 kohdalla on oma säädettävä lämmityselementti 9a, esimerkiksi sähkövastus, 20 jonka kautta vastaava ilmavirtaus ohjautuu ja saa aikaan vyöhykkeen kohdalla vastaavan lämmitysvaikutuksen runko-osan 3 sisäpintaan. Vyöhykkeet 9 lämmityselementteineen on eristetty hyvin toisistaan il-:· _ mavirtausten pitämiseksi erillään. Ilman tulovirtaus on järjestetty suu- • .·. ruudeltaan sellaiseksi, että kuumennettu ilma virtaa vyöhykkeittäin riit- I' V 25 tävän suurella nopeudella kohti rungon 3 sisäpintaa, esim. 30...60 m/s, jolloin saadaan hyvä lämmönsiirto runkoon 3.

·'·' Lämmönsiirto rungosta 3 polymeeripintaan tapahtuu puolestaan johtu- v : maila.

30 f j: j Vyöhykkeistä 9 ilma virtaa lämpötilan säätölaitteen toiseen osaan, ko- koojaosaan 13, joka ulottuu aksiaalisuunnassa, kerää paikalliset ilma-virtaukset, jotka ovat vaikuttaneet tietyssä sektorissa telan kehän suun-nassa, ja johtaa ne telan toisessa päässä olevaan kanavaan 11.

Kuten kuvasta 2 vielä käy ilmi, tulo-osa 12 kapenee sisääntulevan il-man päävirtaussuunnassa eli telan aksiaalisuunnassa ilman jakamiseksi tasaisesti eri vyöhykkeisiin 9.

111864 Lämmönsiirto profiilinsäätölaitteesta 8 runkoon 3 tapahtuu ilmavirtausten ansiosta konvektiolla. Tällä menettelytavalla on se etu, että sillä saadaan tarvittaessa terävä profilointiefekti, eli vierekkäisillä vyöhyk-5 keillä saadaan haluttaessa suuri lämpötilaero esimerkiksi lämmittämällä toista ja jäähdyttämällä toista vyöhykettä. Jäähdyttämällä estetään lämpötilan nousu laajemmalla alueella kuin valittujen lämmitysvyöhykkei-den kohdalla. Telan sisään johdettava ilma voi olla myös sisäänotetta-vasta ilmasta jäähdyttämällä viilennettyä haluttaessa asettaa lämpötila-10 alueen alaraja sisäänotettavan ilman vallitsevaa lämpötilaa alemmaksi.

Muina lämmitysvaihtoehtoina tulevat kysymykseen sisäpuolinen vyö-hykkeittäinen induktiokuumennus tai sisäpuolinen vyöhykkeittäinen sä-teilykuumennus esim. infrapunakuumentimin.

15

Keksintö ei ole rajoittunut vain sellaisiin pehmeäpintaisiin teloihin, joissa pinta muodostuu rungon ympärille kehämäisesti kiinnittyvästä pinnoitteesta, vaan sitä voidaan käyttää myös teloissa, joissa pehmeä pinta on muodostettu telan vaippaa varten tietyssä sektorissa olevan kalanteri-20 nipin kautta viedyn nauhan avulla.

• t» ♦ · • 1 # > · < · · · I · ·

Claims (12)

111864

1. Menetelmä paperirainan kalanteroinnissa, jossa paperiraina (7) vie-5 dään kahden kalanteritelan (1,2; 2, 5) muodostaman kalanterointinipin (N) läpi, joista kalanteriteloista ainakin toinen tela (2) on muodostettu pehmeäpintaiseksi polymeeri- tai vastaavaa materiaalia olevan pinnoitteen (4) tai kyseisen telan (2) yli viedyn ja nipin (N) läpi kulkevan nauhan avulla, jolloin kalanterointinipin (N) profiilia säädetään kalanterille 10 tulevassa rainassa (7) esiintyvien virheiden kompensoimiseksi, tunnettu siitä, että profiilinsäätö suoritetaan muuttamalla pehmeäpintaisen telan (2) rungon (3) halkaisijaa vyöhykkeittäin rungon sisään asennetun lämpötilaprofilointia suorittavan profiilinsäätölaitteen (8) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ettäte- lapinnoitteen (4) paksuutta muutetaan telan (2) sisään asetetun profiilinsäätölaitteen (8) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että te-20 lapinnoitteen (4) pintalämpötilaa nostetaan telan (2) sisään asetetun profiilinsäätölaitteen (8) avulla.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- i : tu siitä, että profiilinsäätölaite (8) käsittää vyöhykkeittäin sijaitsevat i 25 lämmityselementit (9a).

» » . 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet- » # tu siitä, että profiilinsäätölaitteeseen (8) johdetaan lämmönsiirtoväli-ainetta ja vyöhykkeittäinen vaikutus telan (2) runkoon (3) saadaan ai-30 kaan tämän väliaineen avulla.

: 6. Patenttivaatimuksen 4 ja 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että väliainetta lämmitetään vyöhykkeissä (9) sijaitsevien erikseen sää-. dettävien lämmityselementtien (9a) avulla. 35 *

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • : että lämmönsiirtoväliaineena on ilma, kuten esimerkiksi ympäröivä sali- ilma. 9 111864

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmaa puhalletaan nopeudella 10—200 m/s, edullisesti 30—60 m/s telan sisällä kohti telan runkoa (3). 5

9. Kalanteri, joka käsittää kalanterointinipin (N), joka muodostuu kahden telan (1, 2; 2, 5) väliin, joista nipin muodostavista kalanteriteloista ainakin toinen tela on varustettu pinnoitteen (4) tai kyseisen telan yli viedyn ja nipin läpi kulkevan nauhan muodossa olevalla pehmeällä, 10 polymeeri- tai vastaavaa materiaalia olevalla pintakerroksella, jolloin kalenteri on varustettu säätölaitteella kalanterointinipin (N) profiilin säätämiseksi kompensoimaan kalanterointinippiin (N) tulevassa Tainassa (7) esiintyviä virheitä, tunnettu siitä, että profiilinsäätölaite (8) on järjestetty pehmeällä pintakerroksella varustetun kalanteritelan (2) yhtey-15 teen sen sisäpuolelle ja se on sovitettu konesuuntaan nähden poikit-taissuunnassa muuttamaan halutulla tavalla telan putkimaisen rungon (3) lämpötilaa ja siten sen paikallista halkaisijaa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että pro-20 fiilinsäätölaite (8) käsittää vyöhykkeittäin sijaitsevat, erikseen säädettävät lämmityselementit (9a).

• ·· 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että profiilinsäätölaite (8) käsittää tuloyhteen ja lähtöyhteen lämmönsiir-i ,25 toväliaineen virtausta varten sekä elimet lämmönsiirtoväliaineen jakami-:* seksi eri vyöhykkeisiin (9). • ·

12. Patenttivaatimuksen 10 ja 11 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että elimet on järjestetty jakamaan lämmönsiirtoväliaineen vyöhykkei-30 siin sijoitettujen lämmityselementtien (9a) kautta. > · * »* • · 111864 10