WO2007031235A1 - Beheizbare kalanderwalze - Google Patents

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WO2007031235A1
WO2007031235A1 PCT/EP2006/008757 EP2006008757W WO2007031235A1 WO 2007031235 A1 WO2007031235 A1 WO 2007031235A1 EP 2006008757 W EP2006008757 W EP 2006008757W WO 2007031235 A1 WO2007031235 A1 WO 2007031235A1
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WO
WIPO (PCT)
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heatable
functional layer
calender roll
roll according
heatable calender
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/008757
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Brendel
Peter Svenka
Original Assignee
Andritz Küsters Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE200520015368 external-priority patent/DE202005015368U1/de
Application filed by Andritz Küsters Gmbh filed Critical Andritz Küsters Gmbh
Priority to EP06791926A priority Critical patent/EP1924742A1/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
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid
    • 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
    • D21G1/0246—Hard rolls

Definitions

  • the invention relates to a heatable calender roll according to the preamble of claim 1.
  • the paper web to be treated is treated between rolls using mechanical and thermal energy to treat and deform the paper to conform the paper, particularly the paper surface, to final use.
  • the thermal energy required for the treatment is introduced by the heat supply from the heated roll in the nip.
  • a heated calender roll which is designed as a hollow roll and has a roll shell which is made of a first material of forged steel, cast steel, cast iron or spheroidal graphite cast iron and with a thin circumferential surface layer of a second hard, abrasive resistant material is provided.
  • the thin circumferential surface layer has the disadvantage that the abrading of operational markings on the circumferential surface is generally possible only once. Then make a new coating. A larger supply of reserve rollers is therefore required. The use of such thermo rolls is therefore complicated and expensive.
  • thermo rolls are also known with a roll shell made of hard shell.
  • the usable hardening layer is considerably thicker in single-layered roller shells, whereby the service life of the thermo roll is increased.
  • thermo rolls of tempered or surface hardened materials are also known. But the few eligible special materials are expensive, cause difficulties in procurement and put because of their sensitivity extremely high demands on the manufacturing process. Such thermo rolls are therefore very expensive.
  • the requirements for the heated calender roll in operation have also increased significantly in recent years.
  • the required heat input to be supplied has increasingly increased because of the area-related heat requirement for the calendering.
  • the surface temperature of the heated roll must be raised in order to transfer the required amount of heat in the shorter by the increase in production residence time on the paper web. This means an increase in the roll surface temperature for the heated rolls in calenders in addition to increasing the heat output. Also because of this double increase, the thermo rolls used so far have reached their limits.
  • the object of the invention is therefore to provide a heatable calender roll, which combines high heat output with high service life at high production speeds and is inexpensive to produce. This object is solved by the features of claim 1.
  • a heatable calender roll is provided, in which a functional layer for the calendering process is applied to the roll body via build-up welding.
  • a functional layer for the calendering process is applied to the roll body via build-up welding.
  • tensile stresses of a certain size are present in the functional layer during operation. During the transition from the operating-warm state to the actual operating state, further tensile stresses are superimposed on these tensile stresses. These additional tensile stresses in the operating state arise from the heat transfer of the calender to the paper. The resulting tensile stress of the functional layer in the operating state and a breaking stress of the material of the functional layer are therefore matched to one another. The resulting tensile stress in the operating state is at most half as large as the breaking stress of the filler metal.
  • the materials of the functional layer and the roll body can be optimized separately from each other in terms of their intrinsic properties.
  • the material of the functional layer can be optimized in terms of high heat capacity and hardness, whereby the temperature control of the heat treatment processes and the service life can be improved.
  • the functional layer can have a smaller thermal expansion than the roller body and through be treated with low-stress annealing. Alternatively, the functional layer may have a greater thermal expansion than the roller body.
  • the material of the roll body can be optimized in terms of thermal conductivity, machinability and strength, whereby the introduction of the heating means, e.g. peripheral holes, and the support properties are improved.
  • a material for the roll body and a commercially available material is used.
  • the roll body may be made of a commercially available steel, e.g. St 52, be made.
  • the functional layer can be reground several times, wherein the thickness can be controlled by multi-layer welding, that is to say the number of weld layers which can be applied one above the other.
  • Preferred layer thicknesses are 3 to 10 mm.
  • the heating of such a thermo roll can be done in a known manner from the inside and optionally in addition from the outside.
  • FIG. 1 shows schematically a side view of a first embodiment of a calender with a heated calender roll according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically a side view of a second embodiment of a calender with heated calender rolls according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a central heating
  • FIG. 4 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 3, FIG.
  • 5 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a peripheral bore for internal heating
  • 6 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 5.
  • Fig. 1 shows a calender 1 for the treatment of a web, in particular a paper or board web.
  • the calender 1 comprises for this purpose at least one roll stack 2, which here comprises two rolls 3, 4, which are arranged in a known manner on a calender stand 5.
  • the rollers 3, 4 define a nip 6, the nip, which passes through a web W and in which the web is subjected to pressure and temperature.
  • the treatment time of the web W in the nip depends on the length of the nip and the throughput time, which depends on the production speed in online operation.
  • the length of the nip is selectable and is usually between 3 and 300 mm.
  • a roller, here the roller 3, as a hard roller, soft roller or shoe roll can be formed.
  • the roller 3 may further be formed as a bending compensating roller.
  • the other roll 4 is a heatable calender roll according to the invention, the formation of which will be described in detail below.
  • the stack of rollers may be loadable from one or both ends to load selectable distances in the nip 6 set. If the roller 3 is designed as a shoe roller, the line loads can be adjusted via a stroke of the shoe. For guiding the web W between nips or after the nip 6 guide rollers 7 are provided in a known manner.
  • This 1-nip calender can be used both online and offline.
  • FIG. 2 shows a multi-nip calender for smoothing a paper or board web with at least one roll stack 2 with a plurality of rolls 3, 4, 8, 9, 10 which bound nips 6, 11, 12, 13.
  • the number of rolls is preferably between three and twelve rolls.
  • the end rollers 3, 10 of the roller stack 2 are preferably formed as a bending compensating rollers.
  • Each nip 6, 11, 12, 13 is preferably limited by a heated calender roll according to the invention. These are the ones here Rolls 4, 9, which are formed according to the invention, as described below. All rolls can be designed as hard rolls.
  • the nips 6, 11, 12, 13 are formed as soft nips, ie they are bounded by a hard and a soft roll.
  • the heatable calender rolls 4, 9 according to the invention are basically hard rolls with a wear-resistant surface, so that in each case the other roll, which delimit a nip with the heatable calender roll 4, 9 according to the invention, can be soft rolls. According to Fig. 2, these are the rolls 3, 8, 10.
  • the heatable calender roll according to the invention is preferably a center roll which is double-rolled in operation, i. two nips 8, 11 and 12, 13 limited.
  • the roll stack 2 can be loaded from one end via a pressure cylinder 14. Between the nips, the web W is guided over guide rollers 7.
  • a second, not shown, roll stack may be provided, which may be upstream or downstream of the roll stack 2.
  • the roll stack 2 may have a changeover tip.
  • the calender 1 according to FIG. 2 can be operated offline as well as online.
  • the two calender embodiments of FIGS. 1 and 2 can be operated online at production speeds above 1500 m / min, wherein the heatable calender rolls 4, 8 can be driven according to the invention with roll surface temperatures of up to 350 c C while heating capacities of up to 200 kW / m own.
  • the design of the heatable calender rolls 4, 9 according to the invention will be explained below with reference to FIGS. 3 to 6.
  • the heatable calender roll 4 will be described.
  • the statements apply correspondingly to the calender roll 9.
  • the statements apply equally to the heatable calender roll 4 as end roll (FIG. 1) and the heatable calender roll 4, 9 as center roll (FIG. 2).
  • the heatable calender roll 4 comprises a hollow, a roll shell having roll body 15, which is designed for the passage of a heat transfer medium.
  • the roller body 15 carries a wear-resistant circumferential surface, which is formed by at least one fusion-bonded functional layer 16 having such a weld additive-dependent tensile strength that an operational tensile stress is less than or equal to half the fracture stress value of the filler metal.
  • the heatable calender roll 4 has in the heated, warm operating condition a substantially uniform heating. If the nip 6 bounded by the heatable calender roll 4 is closed, the heat release to the web W results in a lower temperature of the functional layer 16 than in the heated state before the start of operation. This results in the operating state to an uneven temperature distribution in the roller body 15.
  • the heat output can be provided on the roll surface of the heated calender roll 4 by an internal heating system of the roller only by the fact that this heat is transported via a temperature gradient from the heating system to the roll surface. Concretely, this means that the temperature of the heating medium is higher than the roll surface temperature. In particular, in rolls with high heat outputs, this temperature difference can be in the range between 50 and 100 ° C.
  • a safety reserve In order to ensure such a safety margin, the resulting tensile stress of the functional layer 16 in the operating state and the fracture stress of the material are matched to one another.
  • a minimum safety reserve in particular against unforeseen disturbances, eg wet incoming paper due to precipitation of a dryer group, is determined by the fact that the resulting tensile stress in the operating condition is at most half as great as the fracture stress of the filler metal.
  • the breaking stresses are usually in the range of 500-800 N / mm 2
  • the functional layer 16 may have a smaller thermal expansion than the roller body 15, which may be post-treated by low-stress annealing.
  • the functional layer 16 may have a greater thermal expansion than the roller body 15.
  • the functional layer 16 may consist of at least two superposed layers, which are applied by build-up welding.
  • An outer layer and a release layer can be formed in this way to form an outer layer which has no material components of the roller body 15. These superposed weld layers are therefore preferably discrete layers.
  • the heatable calender roll 4 As heating for the heatable calender roller internal heating is provided.
  • the heatable calender roll 4 according to FIGS. 3 and 4 is a centrally heatable roll with a displacement body 20, which has an annular gap 21 for the passage of a heat medium.
  • the connections for the inlet and outlet of the heat transfer medium, in particular oil, is indicated by arrows.
  • Figs. 5 and 6 differs from that of Figs. 3 and 4 only in that no inner body for displacement, but peripheral bores 22 are provided for a flow of the heat transfer medium. For the rest, the above statements apply accordingly.
  • an external heating of any type can be additionally provided.
  • the material for the roller body is preferably provided with a thermal conductivity of> 30 W / m ° K.
  • a material for the functional layer it is further preferable to provide one having a thermal conductivity of> 20 W / m ° K and a specific heat capacity of> 400 J / kg ° K.
  • the filler metal, from which the functional layer 16 is applied to the roll body 15 by fusion welding preferably has a hardness between 450 HV and 650 HV. Furthermore, the reversible hardness drop of the filler metal from room temperature to operating temperature is preferably less than 5%.
  • the build-up welding is preferably carried out by the so-called strip welding method with welding bands of a width of for example 15 to 60 mm in order to achieve a non-porous surface and homogeneous application layer in terms of Young's modulus and wear resistance.
  • RES tape welding i. E. Resistive electro-slag welding
  • UP-band welding i. Submerged arc welding.
  • the layer thickness of the functional layer 16 is at least 3 mm and is preferably in the range between 3 and 10 mm.
  • the roller body 15 is arranged in a known manner as a support body via roll neck 23, 24 in the calender stand.
  • the designs apply to every type of internal heating.

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Abstract

Beheizbare Kalanderwalze mit einem hohlen, eine Walzenschale aufweisenden Walzenkörper (15), der für das Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums ausgebildet ist, und der Walzenkörper (15) eine verschleißfeste Umfangsoberfläche trägt, wobei die verschleißfeste Umfangsoberfläche gebildet wird von mindestens einer durch Schmelzschweißen aufgetragenen Funktionsschicht (16), die eine solche schweißzusatzwerkstoffabhängige Zugfestigkeit besitzt, daß eine im Betrieb resultierende Zugspannung kleiner gleich dem halben Wert der Bruchspannung des Schweißzusatzwerkstoffes ist.

Description

Beheizbare Kalanderwalze
Die Erfindung betrifft eine beheizbare Kalanderwalze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Kalandrieren wird die zu behandelnde Papierbahn zwischen Walzen behandelt, wobei mechanische und thermische Energie zur Behandlung und Verformung des Papiers eingesetzt wird, um das Papier, insbesondere die Papieroberfläche, der endgültigen Verwendung anzupassen. Die zur Behandlung erforderliche thermische Energie wird durch die Wärmezufuhr aus der beheizten Walze in den Walzenspalt eingebracht.
Aus EP 0 710 741 B1 ist eine beheizte Kalanderwalze bekannt, die als Hohlwalze ausgebildet ist und eine Walzenschale aufweist, die aus einem ersten Material aus Schmiedestahl, Gußstahl, Gußeisen oder Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt und mit einer dünnen Umfangsoberflächenschicht aus einem zweiten harten, abriebs- beständigen Material versehen ist. Die dünne Umfangsoberflächenschicht hat den Nachteil, daß das Abschleifen betriebsbedingter Markierungen an der Umfangs- oberfläche im allgemeinen nur einmal möglich ist. Danach ist eine neue Beschichtung vorzunehmen. Ein größerer Vorrat an Reservewalzen ist deshalb erforderlich. Der Einsatz solcher Thermowalzen ist deshalb aufwendig und teuer.
Bekannt sind ferner beheizte Kalanderwalzen mit einer Walzenschale aus Schalenhartguß. Die nutzbare Härteschicht ist bei einschichtig aufgebauten Walzenschalen wesentlich dicker, wodurch die Standzeit der Thermowalze erhöht wird. Bekannt sind schließlich auch Thermowalzen aus vergüteten oder oberflächengehärteten Materialien. Doch die wenigen in Frage kommenden Sonderwerkstoffe sind teuer, bereiten Schwierigkeiten in der Beschaffung und stellen wegen ihrer Empfindlichkeit außerordentlich hohe Anforderungen an den Herstellungsprozeß. Solche Thermowalzen sind folglich sehr teuer.
Die Anforderungen an die beheizte Kalanderwalze im Betrieb haben sich zudem in den letzten Jahren deutlich erhöht. Mit der Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit der Papiermaschinen ist wegen des flächenbezogenen Wärmebedarfs für die Kalandrierung die erforderliche zuzuführende Wärmeleistung zunehmend angestiegen. Bei Papier, wie es beim Kalandrieren aus papiertechnologischen Gründen vorliegt, das ein guter Wärmeisolator ist, muß die Oberflächentemperatur der beheizten Walze angehoben werden, um die erforderliche Wärmemenge in der durch die Produktionssteigerung kürzeren Verweildauer auf die Papierbahn zu transferieren. Dies bedeutet für die beheizten Walzen in Kalandern zusätzlich zur Erhöhung der Wärmeleistung eine Erhöhung der Walzenoberflächentemperatur. Auch wegen dieser zweifachen Erhöhung sind die bisher verwendeten Thermowalzen an ihre Grenzen gestoßen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine beheizbare Kalanderwalze zu schaffen, die bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten eine hohe Heizleistung mit hohen Standzeiten kombiniert und dabei kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird eine beheizbare Kalanderwalze geschaffen, bei der über ein Auftragsschweißen eine Funktionsschicht für den Kalandrierprozeß auf den Walzenkörper aufgebracht ist. Es besteht also eine Funktionstrennung zwischen dem Walzenkörper als Tragkörper und dem Walzenkörper als Oberflächenkörper, der die papiertechnologischen Eigenschaften und die Walzenstandzeit bestimmt.
Je nach Anwendungszweck kann zugelassen sein, daß im betriebswarmen Zustand Zugspannungen einer gewissen Größe in der Funktionsschicht vorhanden sind. Beim Übergang vom betriebswarmen Zustand zum eigentlichen Betriebszustand werden diesen Zugspannungen weitere Zugspannungen überlagert. Diese weiteren Zugspannungen im Betriebszustand entstehen aus der Wärmeabgabe der Kalanderwalze an das Papier. Die resultierende Zugspannung der Funktionsschicht im Betriebszustand und eine Bruchspannung des Materials der Funktionsschicht sind deshalb aufeinander abgestimmt. Die resultierende Zugspannung im Betriebszustand ist dazu höchstens halb so groß wie die Bruchspannung des Schweißzusatzwerkstoffes.
Ein Reißen der Umfangsfläche des Walzenkörpers im Betrieb wird hierdurch vermieden. Diese beheizten Kalanderwalzen sind hoch belastbar und besitzen hohe Standzeiten. Bei einem Einsatz in Multinip-Kalandern mit doppelter Überrollung der beheizten Kalanderwalze und somit doppelter Wärmeabgabe können Walzenoberflächentemperaturen auch von über 2000C bei Produktionsgeschwindigkeiten von über 1500 m/min eingestellt werden.
Die Materialien der Funktionsschicht und des Walzenkörpers können getrennt voneinander in Bezug auf ihre eigentlichen Eigenschaften optimiert werden. So kann das Material der Funktionsschicht optimiert werden in Bezug auf eine hohe Wärmekapazität und Härte, wodurch die Temperaturführung der Wärmebehandlungsprozesse und die Standzeiten verbessert werden. Die Funktionsschicht kann dabei eine kleinere Wärmedehnung besitzen als der Walzenkörper und durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt sein. Alternativ kann die Funktionsschicht eine größere Wärmedehnung besitzen als der Walzenkörper.
Das Material des Walzenkörpers kann in Bezug auf Wärmeleitfähigkeit, Zerspanbarkeit und Festigkeit optimierbar sein, wodurch die Einbringung der Heizeinrichtungen, z.B. periphere Bohrungen, und die Tragkörpereigenschaften verbessert werden. Als Werkstoff für den Walzenkörper ist auch ein handelsüblicher Werkstoff verwendbar. Beispielsweise kann der Walzenkörper aus einem handelsüblichen Stahl, z.B. St 52, gefertigt sein.
Die Funktionsschicht ist mehrfach nachschleifbar, wobei die Dicke durch ein Mehrlagenschweißen, also die Anzahl von übereinander anbringbaren Schweißlagen, steuerbar ist. Bevorzugte Schichtdicken liegen bei 3 bis 10 mm. Die Beheizung einer solchen Thermowalze kann in bekannter Weise von innen und gegebenenfalls zusätzlich von außen erfolgen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kalanders mit einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kalanders mit beheizten Kalanderwalzen gemäß der Erfindung,
Fig. 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung mit einer zentralen Beheizung,
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt der beheizten Kalanderwalze gemäß Fig. 3,
Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung mit einer peripheren Bohrung für eine Innenbeheizung, Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt der beheizten Kalanderwalze gemäß Fig. 5.
Fig. 1 zeigt einen Kalander 1 für die Behandlung einer Warenbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn. Der Kalander 1 umfaßt dazu mindestens einen Walzenstapel 2, der hier zwei Walzen 3, 4 umfaßt, die in bekannter Weise an einem Kalanderständer 5 angeordnet sind. Die Walzen 3, 4 begrenzen einen Walzenspalt 6, den Nip, den eine Warenbahn W durchläuft und in dem die Warenbahn mit Druck und Temperatur beaufschlagt wird. Die Behandlungsdauer der Warenbahn W im Nip hängt ab von der Länge des Nips und der Durchlaufzeit, die beim Online-Betrieb von der Produktionsgeschwindigkeit abhängt. Die Länge des Nips ist wählbar und liegt üblicherweise zwischen 3 und 300 mm. Dazu ist eine Walze, hier die Walze 3, als harte Walze, weiche Walze oder Schuhwalze, ausbildbar. Die Walze 3 kann ferner als Biegeausgleichswalze ausgebildet sein.
Die andere Walze 4 ist eine beheizbare Kalanderwalze gemäß der Erfindung, deren Ausbildung nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.
Der Walzenstapel kann von einem oder beiden Enden her belastbar sein, um wählbare Strecken lasten im Nip 6 einzustellen. Ist die Walze 3 als Schuhwalze ausgebildet, können über einen Hub des Schuhs die Streckenlasten eingestellt werden. Zur Führung der Warenbahn W zwischen Nips oder nach dem Nip 6 sind in bekannter Weise Leitrollen 7 vorgesehen.
Dieser 1 -Nip-Kalander ist im Online- als auch Offline-Betrieb einsetzbar.
Fig. 2 zeigt einen Multi-Nip-Kalander für das Glätten einer Papier- oder Kartonbahn mit mindestens einem Walzenstapel 2 mit einer Mehrzahl Walzen 3, 4, 8, 9, 10, die Nips 6, 11 , 12, 13 begrenzen. Die Walzenzahl liegt vorzugsweise zwischen drei und zwölf Walzen. Die Endwalzen 3, 10 des Walzenstapels 2 sind vorzugsweise als Biegeausgleichswalzen ausgebildet. Jeder Nip 6, 11 , 12, 13 wird vorzugsweise durch eine beheizte Kalanderwalze gemäß der Erfindung begrenzt. Dies sind hier die Walzen 4, 9, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, wie nachfolgend beschrieben ist. Alle Walzen können als harte Walzen ausgebildet sein. Vorzugsweise werden die Nips 6, 11 , 12, 13 als Soft-Nips ausgebildet, d. h. sie werden von einer harten und einer weichen Walze begrenzt.
Die beheizbaren Kalanderwalzen 4, 9 gemäß der Erfindung sind grundsätzlich harte Walzen mit einer verschleißfesten Oberfläche, so daß jeweils die andere Walze, die einen Nip mit der beheizbaren Kalanderwalze 4, 9 gemäß der Erfindung begrenzen, weiche Walzen sein können. Gemäß Fig. 2 sind dies die Walzen 3, 8, 10. Die beheizbare Kalanderwalze gemäß der Erfindung ist vorzugsweise eine Mittelwalze, die im Betrieb doppelt überrollt wird, d.h. zwei Nips 8, 11 bzw. 12, 13 begrenzt. Der Walzenstapel 2 ist von einem Ende her über einen Druckzylinder 14 belastbar. Zwischen den Nips wird die Warenbahn W über Leitrollen 7 geführt.
Für eine zweiseitige Behandlung der Warenbahn W kann ein zweiter, nicht dargestellter Walzenstapel vorgesehen sein, der dem Walzenstapel 2 vor- oder nachgeordnet sein kann. Alternativ kann der Walzenstapel 2 einen Wechselnip aufweisen. Der Kalander 1 gemäß Fig. 2 kann offline als auch online betrieben werden.
Die beiden Kalanderausführungen der Fig. 1 und 2 können bei Produktionsgeschwindigkeiten über 1500 m/min online betrieben werden, wobei die beheizbaren Kalanderwalzen 4, 8 gemäß der Erfindung mit Walzenoberflächentemperaturen von bis zu 350cC gefahren werden können und dabei Heizleistungen von bis zu 200 kW/m besitzen.
Die Ausbildung der beheizbaren Kalanderwalzen 4, 9 gemäß der Erfindung wird anhand der Fig. 3 bis 6 nachfolgend erläutert. Beispielhaft wird die beheizbare Kalanderwalze 4 beschrieben. Die Ausführungen gelten entsprechend für die Kalanderwalze 9. Die Ausführungen gelten in gleicher Weise für die beheizbare Kalanderwalze 4 als Endwalze (Fig. 1) und die beheizbare Kalanderwalze 4, 9 als Mittelwalze (Fig. 2). Die beheizbare Kalanderwalze 4 umfaßt einen hohlen, eine Walzenschale aufweisenden Walzenkörper 15, der für das Durchleiten eines Wärmeübertragungs- mediums ausgebildet ist. Der Walzenkörper 15 trägt eine verschleißfeste Umfang- soberfläche, die gebildet ist von mindestens einer durch Schmelzschweißen aufgetragenen Funktionsschicht 16, die eine solche schweißzusatzwerkstoff- abhängige Zugfestigkeit besitzt, daß eine im Betrieb resultierende Zugspannung kleiner gleich dem halben Wert der Bruchspannung des Schweißzusatzwerkstoffes ist.
Die beheizbare Kalanderwalze 4 besitzt im aufgeheizten, betriebswarmen Zustand eine im wesentlichen gleichmäßige Durchwärmung. Wird der von der beheizbaren Kalanderwalze 4 begrenzte Nip 6 geschlossen, führt die Wärmeabgabe an die Warenbahn W zu einer niedrigeren Temperatur der Funktionsschicht 16 als im aufgeheizten Zustand vor der Betriebsaufnahme. Dies führt in dem Betriebszustand zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Walzenkörper 15. Die Wärmeleistung kann an der Walzenoberfläche der beheizten Kalanderwalze 4 durch ein inneres Heizsystem der Walze nur dadurch zur Verfügung gestellt werden, daß diese Wärme über einen Temperaturgradienten vom Heizsystem an die Walzenoberfläche transportiert wird. Konkret bedeutet dies, daß die Temperatur des Heizmediums höher ist als die Walzenoberflächentemperatur. Insbesondere bei Walzen mit großen Heizleistungen kann dieser Temperaturunterschied im Bereich zwischen 50 und 100°C liegen. Dieser Temperaturunterschied spreizt den Walzenkörper 15 von innen her auf und erzeugt in der Funktionsschicht Zugspannungen. Eine Rißbildung in der Funktionsschicht wird erfindungsgemäß vermieden durch Einbau einer Sicherheitsreserve. Um eine solche Sicherheitsreserve zu gewährleisten sind die resultierende Zugspannung der Funktionsschicht 16 im Betriebszustand und die Bruchspannung des Materials aufeinander abgestimmt. Eine Mindestsicher- heitsreserve, insbesondere gegenüber unvorhergesehenen Störungen, z.B. naß einlaufendes Papier wegen Ausfäll einer Trockengruppe, wird dadurch festgelegt, daß die resultierende Zugspannung im Betriebszustand höchstens halb so groß ist wie die Bruchspannung des Schweißzusatzwerkstoffes. Die Bruchspannungen liegen üblicherweise im Bereich von 500-800 N/mm2 Hierzu kann die Funktionsschicht 16 eine kleinere Wärmeausdehnung besitzen als der Walzenkörper 15, wobei diese durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt sein kann.
Alternativ kann die Funktionsschicht 16 eine größere Wärmeausdehnung besitzen als der Walzenkörper 15.
Die Funktionsschicht 16 kann aus mindestens zwei übereinander angeordneten Lagen bestehen, die durch Auftragsschweißen aufgebracht sind. Eine Außenschicht und eine Trennschicht sind auf diese Weise ausbildbar, um eine Außenschicht auszubilden, die keine Materialbestandteile des Walzenkörpers 15 aufweist. Diese übereinander angeordneten Schweißlagen sind deshalb vorzugsweise diskrete Lagen.
Als Beheizung für die beheizbare Kalanderwalze ist eine Innenbeheizung vorgesehen. Die beheizbare Kalanderwalze 4 gemäß Fig. 3 und 4 ist eine zentral beheizbare Walze mit einem Verdrängerkörper 20, der einen Ringspalt 21 für den Durchfluß eines Wärmemediums aufweist. Die Anschlüsse für den Ein- und Austritt des Wärmeübertragungsmediums, insbesondere Öl, ist durch Pfeile angedeutet.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem der Fig. 3 und 4 lediglich dadurch, daß zur Innenbeheizung kein Verdrängerkörper, sondern periphere Bohrungen 22 für einen Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen sind. Im übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.
Bei beiden Ausführungsformen der Innenbeheizung kann eine Außenheizung beliebiger Art zusätzlich vorgesehen sein.
Als Material für den Walzenkörper ist vorzugsweise ein solches mit einer Wärmeleitfähigkeit von > 30 W/m°K vorgesehen. Als Material für die Funktionsschicht ist ferner vorzugsweise ein solches mit einer Wärmeleitfähigkeit von > 20 W/m°K und einer spezifischen Wärmekapazität von > 400 J/kg°K vorgesehen.
Der Schweißzusatzwerkstoff, aus dem die Funktionsschicht 16 durch Schmelzschweißen auf den Walzenkörper 15 aufgetragen ist, besitzt vorzugsweise eine Härte zwischen 450 HV und 650 HV. Ferner beträgt der reversible Härteabfall des Schweißzusatzwerkstoffes von Raumtemperatur bis Betriebstemperatur vorzugsweise weniger als 5 %. Das Auftragsschweißen erfolgt vorzugsweise durch das sogenannte Bandschweißverfahren mit Schweißbändern einer Breite von beispielsweise 15 bis 60 mm, um eine porenfreie Oberfläche und homogene Auftragsschicht hinsichtlich E-Modul und Verschleißfestigkeit zu erzielen. Verwendbar sind insbesondere das RES-Bandschweißen, d.h. Widerstandselektroschlackeschweißen, und das UP-Bandschweißen, d.h. Unterpulverlichtbogenschweißen.
Die Schichtdicke der Funktionsschicht 16 beträgt mindestens 3 mm und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 10 mm.
Der Walzenkörper 15 ist in bekannter Weise als Tragkörper über Walzenzapfen 23, 24 in dem Kalanderständer angeordnet.
Die Ausführungen gelten für jede Art von Innenbeheizung.

Claims

Patentansprüche
1. Beheizbare Kalanderwalze mit einem hohlen, eine Walzenschale aufweisenden Walzenkörper (15), der für das Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums ausgebildet ist, und der Walzenkörper (15) eine verschleißfeste Umfangs- oberfläche trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Umfangs- oberfläche gebildet wird von mindestens einer durch Schmelzschweißen aufgetragenen Funktionsschicht (16), die eine solche schweißzusatzwerk- stoffabhängige Zugfestigkeit besitzt, daß eine im Betrieb resultierende Zugspannung kleiner gleich dem halben Wert der Bruchspannung des Schweißzusatzwerkstoffes ist.
2. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) eine kleinere Wärmeausdehnung besitzt als der Walzenkörper (15).
3. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Funktionsschicht (16) durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt ist.
4. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) eine größere Wärmeausdehnung besitzt als der Walzenkörper (15).
5. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) aus mindestens zwei übereinander angeordneten Lagen besteht.
6. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung als eine Innenbeheizung ausgebildet ist.
7. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) periphere Bohrungen (22) für einen Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums aufweist.
8. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbeheizung (20, 21 ) zentral erfolgt.
9. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) eine Wärmeleitfähigkeit von > 30 W/m°K besitzt.
10. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) eine Wärmeleitfähigkeit von > 20 W/m°K und eine spezifische Wärmekapazität von > 400 J/kg°K besitzt.
11. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) in Form von Bändern nach dem RES-Bandschweißen aufgetragen ist.
12. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (16) in Form von Bändern nach dem UP-Bandschweißen aufgetragen ist.
13. Kalander zum Behandeln einer Warenbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit mindestens einem Walzenstapel (2) mit zwei oder mehreren Walzen (3, 4; 3, 4, 8, 9, 10) unter Ausbildung von einem oder mehreren Nips (6; 6, 11 , 12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine beheizbare, harte Walze (4, 9) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
14. Kalander nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbaren, harten Mittelwalzen (4, 9) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind.
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