[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten und Kalibrieren von Papieren
mit wenigstens vier aneinander angeordneten Walzen.
[0002] Um die Oberflächencharakteristik eines fertigen Papiers zu verändern, ohne zusätzliche
Schichten aufzutragen, haben sich in der Papierindustrie Glättwerke und Kalander durchgesetzt.
Beide glätten, ebnen und verdichten das Papier.
[0003] Glättwerke bestehen üblicherweise aus mehreren übereinander angeordneten harten Walzen
(z.B. Stahl). Die Papierbahn durchläuft die "harten" Walzenspalten und wird, abhängig
vom aufgegebenen Druck, verdichtet und geglättet.
[0004] Kalander bestehen üblicherweise aus mehreren übereinander angeordneten Walzen, die
abwechselnd aus harten Walzen (z.B. Stahl) und weichen Walzen (z.B. papierbelegte
Stahlwalzen) bestehen. Die Papierbahn durchläuft auch hier die Walzenspalten und
wird, unabhängig vom aufgegebenen Druck, verdichtet und geglättet.
[0005] Durch die unterschiedlichen Walzenkombinationen lassen sich unterschiedliche Ergebnisse
erzielen, so daß sich für beide Aggregate auch unterschiedliche Anwendungsbereiche
ergeben haben.
[0006] Glättwerke, die meistens in Papiermaschinen integriert sind (Maschinenglättwerke),
verdichten und glätten das Papier mit Normaldrücken. Dickeschwankungen des Papieres
werden ausgeglichen, das Papier wird kalibriert. Es resultiert ein verdichtetes Papier
mit eingeebneter Oberfläche. Dafür müssen ungleichmäßige Dichte, verminderte Dicke,
Steifigkeit und Opazität sowie im Extremfall Glanzmottle auf der Oberfläche in Kauf
genommen werden.
[0007] Kalander, die meistens als separate Aggregate betrieben werden, verdichten das Papier
mit Normaldrücken und durch zusätzliche Verformungskräfte, hervorgerufen durch Walkarbeit
in den Walzenspalten. Durch die Walkarbeit werden neben der Verdichtung des Papiers
auch Dichteunterschiede im Papiergefüge in Grenzen ausgeglichen. Es resultiert ein
gleichmäßiges verdichtetes Papier mit glänzender, glatterer, jedoch weniger ebener
Oberfläche ohne Glanzmottle. Dafür müssen verminderte Dicke, Steifigkeit und Opazität
in Kauf genommen werden.
[0008] Die beschriebenen grundsätzlich unterschiedlichen Auswirkungen beider Aggregate
sind in ihren Dimensionen natürlich auch abhängig vom Papieraufbau, einem Feuchtegehalt
und seiner Zusammensetzung sowie von der Höhe des angewandten Druckes und der Bahntemperatur
bei der Bearbeitung.
[0009] Schichtträgermaterialien für lichtempfindliche Schichten sollen hochebene Oberflächen
aufweisen, um "fotografischen mottle" weitgehend zu vermeiden. Der fotografische "mottle"-Begriff
ist in DE 34 26 782 beschrieben.
[0010] Um ein hochebenes Endprodukt zu erzielen, muß schon das Basispapier möglichst ebene
Oberflächen aufweisen. Kalander, die überwiegend Glanz und Glätte erzeugen, haben
sich deshalb für die Herstellung von Basispapieren für Schichtträger lichtempfindlicher
Materialien nicht bewährt. Zum Einebnen der Papieroberflächen bedient man sich vielmehr
vorzugsweise der Glättwerke.
[0011] Ein Glättwerk besteht aus 2 bis 10 Walzen, die üblicherweise senkrecht übereinander
angeordnet sind und befindet sich vorzugsweise in einer Papiermaschine zwischen Trocknung
und Aufrollung. Die unterste, mit einem Antrieb versehene Trägerwalze kann bombiert
sein und ist im Durchmesser größer als die restlichen Walzen. Die restlichen Walzen
haben in der Regel gleiche Durchmesser, manchmal jedoch sind die oberste und die zweitunterste
Walze im Durchmesser geringfügig größer als die anderen. Ein Maschinenglättwerk ist
beispielsweise in G.A., Smook - Handbook for Pulp and Paper Technologists - Ausgabe
1982, Seiten 254 - 258 beschrieben.
[0012] Um ein Papier zu kalibrieren, d.h. um einem Papier an allen Orten eine identische
Dicke zu geben, ist der durch das Eigengewicht der Walzen eines Glättwerks gegebene
Druck normalerweise zu gering. Das Glättwerk wird deshalb zusätzlich mit Druck belastet.
Bei Druckbelastung neigen jedoch gestapelte Walzen in einem Glättwerk dazu, ihre Lage
zu verändern und seitlich auszuweichen. Selbst kleine Veränderungen der Lage einer
Walze machen sich durch ein verändertes Dickenprofil des Papiers, quer über die Bahn
gemessen, bemerkbar. Je mehr Walzen ein Glättwerk besitzt, desto geringer kann der
Zusatzdruck sein, aber um so schwieriger ist die exakte Fixierung der Walzenlage
zu beherrschen. Weniger Walzen bedingen andererseits einen höheren Druck. In der Praxis
werden deshalb Maschinenglättwerke mit 4 bis 7 Walzen bevorzugt.
[0013] Walzenanzahl und Druckbelastung müssen jedoch immer auf die Anforderungen des Papiers
abgestimmt werden. Bei relativ hohen Verdichtungen, wie sie zur Herstellung fotografischer
Basispapiere erwünscht und üblich sind, werden deshalb Maschinenglättwerke mit 8 bis
14 Walzen bevorzugt. Eine geringere Walzenzahl würde wegen der dann erforderlichen
hohen Drücke zu einer teilweisen Zerstörung des Fasergefüges führen. Selbst bei den
8 bis 14 Walzen-Hochdruckglättwerken können noch Liniendrücke bis zu 300 N/mm oder
mehr auftreten, ein Druckbereich, der für das beschriebene "Ausweichen" der Glättwerkwalzen
prädestiniert ist.
[0014] Hoher Druck bewirkt im Walzenspalt neben einer Volumenverminderung des Papiers einen
Breitenzuwachs (Querdehnung) der Papierbahn. Die im Walzenspalt fixierte Papierbahn
kann sich jedoch nicht frei in die Breite ausdehnen. Dies kann bei zu starker Druckbelastung
im ersten Walzenspalt (Nip) eines Glättwerks zu Längsfalten im Papier führen, die
unter Umständen eingebügelt werden und die Walzenoberflächen beschädigen können.
Diese Gefahr wird mit geringerem Flächengewicht größer (Vergleiche: Wochenblatt für
Papierfabrikation 22, 1985, Seite 859). Selbst Hochdruckglättwerke mit 7 bis 14 Walzen
sind daher in vielen Fällen nicht in der Lage, die gewünschte Verdichtung ohne gleichzeitig
auftretende Nachteile zu realisieren.
[0015] Als nachteilig stellte sich ferner heraus, daß bei hoher Verdichtung des Basispapiers
im ersten Nip als Folge des Einschlusses von Luft im Papiervlies kleine Hohlräume
entstehen. Bei der nachfolgenden beidseitigen Beschichtung des verdichteten Basispapiers
mit Polyolefinharz im Extrusionsbeschichtungsverfahren dehnt sich die in den Hohlräumen
verbliebene Luft zunächst bei Erwärmung aus. Im Verlauf der anschließenden, im Kontakt
mit dem Kühlzylinder erfolgenden Abkühlung schrumpfen die eingeschlossenen Luftblasen,
und der darüber befindliche Polyolefinfilm fällt ein zu winzigen Vertiefungen, sogenannten
"pits". Diese "pits" sind nach späterer Emulsionierung und Bebilderung als deutlich
sichtbare Störung im fotografischen Bild unerwünscht. Auch diese Erscheinung setzte
dem Einsatz von Hochdruckglättwerken Grenzen.
[0016] Schließlich erwies sich als nachteilig, daß bei üblichen Glättwerken mit Walzen gleichen
Durchmessers in bestimmten Bereichen der Bahngeschwindigkeit Resonanzschwingungen
in den Walzen auftraten. Diese führten zu quer über die Papierbahn verlaufenden Markierungen,
die aus Streifen abweichender Verdichtung bestanden und selbst nach Polyolefinharzbeschichtung
als Oberflächenstörungen erkennbar blieben. Dieser Nachteil setzt bestimmte Grenzen
im Hinblick auf eine wünschenswerte stufenlose Veränderung bzw. Anpassung der Maschinengeschwindigkeit.
[0017] Als letztes erwies sich auch die bislang bei Maschinenglättwerken übliche starre
Bombierung der Tragewalze bzw. der Tragewalze und ein oder zwei weiteren Walzen als
nachteilig, weil dadurch die Flexibilität der Anlage begrenzt wird auf wenige Flächengewichts-Druck-Paarungen.
Insbesondere in diesem Zusammenhang müssen auch die mit den Arbeits- und Außenbedingungen
wechselnden Walzentemperaturen als nachteilig vermerkt werden. Vor allem Maschinenglättwerke,
in die das aus der Trockenpartie einer Papiermaschine kommende Papier direkt einläuft,
zeigen erhebliche Temperaturschwankungen, die häufig mit zusätzlichen Verformungen
der Walzen und Dickeunterschieden des Papiers zwischen Bahnkante und Bahnmitte verknüpft
sind, die durch Walzenbombierung nicht aufgefangen werden können.
[0018] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Betrieb der Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen die oben geschilderten Nachteile
vermieden werden und ein hochglattes- und "pit"-freies Papier erhalten wird.
[0019] Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe durch die
in den Ansprüchen beschriebenen Vorrichtungen und Verfahrensmaßnahmen gelöst.
[0020] Erfindungsgemäß sind die beiden ersten Walzen, in deren Spalt das Papier zuerst eingezogen
wird von größerem Durchmesser als die restlichen Walzen, außer der Trägerwalze. Das
Verhältnis der Durchmesser der dickeren Walzen zu den Durchmessern der dünnen Walzen
liegt im Bereich von 1 : 0,45 bis 0,70. Wichtig dabei ist, daß das Verhältnis zwischen
der Länge und dem Durchmesser bei den dickeren Walzen zwischen 4 : 1 und 8 : 1 einschließlich
gehalten wird und bei den dünneren Walzen zwischen 10 : 1 und 14 : 1 einschließlich.
Die erste und die letzte Walze können zonengesteuert sein. In der Erprobung hat sich
gezeigt, daß die in der Aufgabe beschriebene Qualitätssteigerung des Papiers erfolgt,
ohne daß die oben weiter beschriebenen Nachteile auftreten; das gilt für alle Papiere,
Halbkartons und Kartons. Die Papiere bzw. Kartons können mit oder ohne Füllstoff
gearbeitet sein. Versuche wurden durchgeführt mit Flächengewichten zwischen 50 g/m
und 300 g/m sowohl mit als auch ohne Füllstoff.
[0021] Die Erfindung wird nun anhand von zwei ausgewählten Beispielen nachfolgend näher
erläutert:
[0022] In einer besonderen Ausführungsform besteht das Glättwerk aus wenigstens drei aneinander
angeordneten Walzen. Hierbei wird auf eine im Durchmesser größere Trägerwalze verzichtet
und nur eine der beiden größeren Walzen ist als zonengesteuerte Biegungsausgleichwalze
ausgebildet. Dieses Glättwerk arbeitet ebenfalls erfindungsgemäß, kann jedoch nur
für geringere Papierbahnarbeiten eingesetzt werden.
Beispiel 1:
[0023] Ein 180 g/m² schweres Fotobasispapier mit einem spezifischen Volumen von 1,33 cm³/g
wurde mittels eines 5-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
[0024] Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 |
(oben) |
700 mm |
Durchmesser |
2 |
|
650 mm |
" |
3 |
|
400 mm |
" |
4 |
|
450 mm |
" |
5 |
(unten) |
600 mm |
" |
[0025] Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 220 N/mm.
Beispiel 2:
[0026] Ein 150 g/m² schweres Fotobasispapier mit einem spezifischen Volumen von 1,35 cm³/g
wurde mittels eines 7-Walzen-Glättwerks geglättet und kalibriert.
[0027] Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 |
(oben) |
710 mm |
Durchmesser |
2 |
|
760 mm |
" |
3 |
|
400 mm |
" |
4 |
|
450 mm |
" |
5 |
|
400 mm |
" |
6 |
|
450 mm |
" |
7 |
(unten) |
820 mm |
" |
[0028] Die Walzen 1 und 7 waren zonengesteuerte Biegungsausgleichswalzen (Nipco-Walzen).
Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
Vergleich zu Beispiel 1:
[0029] Das Fotobasispapier aus Beispiel 1 wurde mittels eines 5-Walzen-Glättwerks geglättet
und kalibriert.
Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkomination:
Walze 1 |
(oben) |
500 mm |
Durchmesser |
2 |
|
400 mm |
" |
3 |
|
400 mm |
" |
4 |
|
400 mm |
" |
5 |
(unten) |
600 mm |
" |
[0030] Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 220 N/mm.
Vergleich zu Beispiel 2:
[0031] Das Fotobasispapier aus Beispiel 2 wurde mittels eines 7-Walzen-Glättwerks geglättet
und kalibriert.
[0032] Das Glättwerk enthielt folgende Walzenkombination:
Walze 1 |
(oben) |
500 mm |
Druchmesser |
2 |
|
400 mm |
" |
3 |
|
400 mm |
" |
4 |
|
400 mm |
" |
5 |
|
400 mm |
" |
6 |
|
400 mm |
" |
7 |
(unten) |
600 mm |
" |
[0033] Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
[0034] Die Walzen 1 und 7 waren zonengesteuerte Biegungsausgleichswalzen (Nipco-Walzen).
Der Liniendruck im vorletzten Spalt betrug 180 N/mm.
Beschreibung der Prüfmethode:
[0035]
1.

2. Pitsniveau: Die Oberfläche einer Papierprobe wird mit einem Mikroskop betrachtet.
Eine kreisförmige Objektfläche von 10 mm Durchmesser wird bei 20facher Vergrößerung
unter Streiflicht beleuchtet. Im reflektierten Licht sind auf einem Bildschirm die
Pits als dunkle Punkte zu erkennen.
[0036] Je nach Anzahl und Größe wird ein qualitatives Urteil abgegeben, wobei 1 = keine
Pits und 5 = sehr viele und große Pits bedeuten.
Ergebnisse
[0037]
Tab.1
Beispiel |
spez. Volumen n.Kalibrierung |
Pitsniveau |
Falten nach dem 1. Spalt |
1 |
0,96 |
2 |
nein |
2 |
0,90 |
2 |
nein |
Vergl.zu 1 |
0,93 |
3 - 4 |
ja |
Vergl.zu 2 |
0,89 |
3 |
ja |
Die einzelnen Stufen der Glättung und Kalibrierung sind den Abbildungen 1 und 2 zu
entnehmen. |
[0038] Die schonendere Verdichtung des Fasergefüges gestattet es, auch bei hohen Liniendrücken
faltenfrei im Glättwerk zu produzieren. Insbesondere das "Pitsniveau" läßt sich durch
die schonendere Fahrweise des erfindungsgemäß arbeitenden Glättwerks deutlich reduzieren.
1. Vorrichtung zum Glätten und Kalibrieren von Papieren, insbesondere von fotografischen
Basispapieren mit wenigstens vier aneinander angeordneten harten Walzen, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden ersten Walzen, in deren Spalt das Papier zuerst einläuft,
aus Walzen größeren Durchmessers bestehen als die restlichen Walzen mit Ausnahme der
Trägerwalze, wobei das Verhältnis der Durchmesser der dickeren Walzen zu den Durchmessern
der dünneren Walzen wie 1 : 0,45 - 0,70 ist, und daß die dickeren Walzen ein Verhältnis
zwischen Walzenlänge und Walzendurchmesser von 4 : 1 bis 8: 1 haben und die dünneren
Walzen ein Verhältnis von 10 : 1 bis 14 : 1 aufweisen, wobei die erste und die letzte
Walze zonengesteuerte Biegungsausgleichswalzen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Walzen stets
unterschiedliche Durchmesser haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturgeregelte
Walzen für die kontrollierte Zuführung oder Abführung der thermischen Energie sorgen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Glättwerkwalze eine
Umlenkwalze zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Papiermaschinenlinie
integriert ist.
6. Vorrichtung zum Glätten und Kalibrieren von Papieren, insbesondere von fotografischen
Basispapieren, mit wenigstens drei aneinander angeordneten harten Walzen, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden ersten Walzen, in deren Spalt das Papier zuerst einläuft,
aus Walzen größeren Durchmessers bestehen als die dritte und gegegebenenfalls weiteren
Walzen, wobei das Verhältnis der Durchmesser der beiden dickeren zum Durchmesser der
dünneren Walze(n) wie 1 : 0,45 - 0,70 ist und daß die dickeren Walzen ein Verhältnis
zwischen Walzenlänge und Walzendurchmesser von 4 : 1 bis 8 : 1 haben und die dünnere(n)
Walze(n) ein Verhältnis von 10 : 1 bis 14 : 1 aufweis(t)en.
7. Verfahren zur Glättung und Kalibrierung von Papieren mit Vorrichtung nach Anspruch
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf in dem Glättwerk bei einem
Enddruck im letzten Spalt zwischen 150 und 300 N/mm so gesteuert wird, daß die Dickenreduktion
des Rohpapiers nach Durchgang durch den ersten Spalt 50 - 70 % der gesamten Dickenreduktion
beträgt.
8. Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 zur Glättung
von fotografischem Basispapier.