[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander für die Behandlung einer Papierbahn
mit einem Walzenstapel, der harte und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten
und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte aufweist, wobei zuerst die eine und
dann die andere Bahnseite an einer harten Walze anliegt.
[0002] Kalander dieser Art sind vielfach bekannt, beispielsweise aus dem Prospekt "Die neuen
Superkalanderkonzepte" der Firma Sulzer Papertec aus 1994 (Kennziffer 05/94 d). Sie
dienen der abschließenden Behandlung einer Papierbahn, damit diese einen gewünschten
Wert der Rauhigkeit bzw. Glätte, des Glanzes, der Dicke, des Bulk u.dgl. erhält, und
sind getrennt von einer Papiermaschine aufgestellt. Die "weichen" oder elastischen
Walzen tragen einen hauptsächlich aus einem Fasermaterial bestehenden Bezug. Die beheizbaren
Walzen haben eine auf etwa 80°C begrenzte Oberflächentemperatur. Die mittlere Druckspannung
in den Walzenspalten liegt im normalen Betrieb zwischen 15 und 30 N/mm
2, im untersten Arbeitsspalt sind auch schon Werte von maximal etwa 40 N/mm
2 angewendet worden. Für einfach zu satinierende Papiere, wie z.B. Schreibpapier, genügt
ein Stapel mit 9 oder 10 Walzen. Für höherwertige Papiere, wie tiefdruckfähige Papiere,
technische Papiere oder Verdichtungspapiere werden 12 bis 16 Walzen benötigt. Eine
solche Großmaschine ist teuer und hat einen erheblichen Raumbedarf.
[0003] Des weiteren sind sogenannte Kompaktkalander bekannt, bei denen eine beheizbare Walze
mit einer durchbiegungssteuerbaren weichen Walze einen Spalt bildet und zur beidseitigen
Behandlung der Papierbahn auch zwei derartige Kalander hintereinander geschaltet werden
können. Hiermit lassen sich aber nur einfach zu satinierende Papiere, nicht aber technische
Papiere, z.B. Silicon-Rohpapiere sowie Papiere für den Tiefdruck, herstellen. Außerdem
muß ein großer Teil der Verformungsenergie als Wärme zugeführt werden. Die beheizbaren
Walzen haben daher eine Oberflächentemperatur von 160 bis 200° C. Es wird viel Wärmeenergie
abgestrahlt, die durch Klimaanlagen wieder abgeführt werden muß. Weil die Walzendurchmesser
festigkeitsbedingt größer als beim Superkalander sind, müssen hohe Streckenlasten
aufgebracht werden, um die für ein gewünschtes Satinageergebnis notwendigen Druckspannungen
zu erzeugen. Des weiteren sind Austauschwalzen für die elastischen Walzen teuer, weil
sie gleichzeitig durchbiegungssteuerbar sein sollen.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, der kleiner sowie billiger in der Herstellung und im Betrieb ist, trotzdem
aber vorzügliche Satinageergebnisse ermöglicht.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
a1) daß der Stapel (5, 6) 6 bis 8 Walzen (2 bis 9) mit einem durch zwei weiche Walzen
gebildeten Wechselspalt (61) aufweist
a2) oder daß zwei gleichartige Stapel mit je 4 oder 5 Walzen (33 bis 42) vorgesehen
sind,
b) und daß die weichen Walzen einen Bezug (22) aus einem Kunststoff mit so großem
Rückstellvermögen aufweisen, daß die Tiefe der bleibenden Verformung nach Durchlauf
einer bis zu 1 mm dicken Störstelle durch den Arbeitsspalt höchstens 5% der Störstellendicke
beträgt.
[0006] Die üblichen aus Fasermaterial bestehenden Bezüge der weichen Walzen sind in starkem
Maße markierungsempfindlich. Jede Störstelle, die einen Arbeitsspalt durchläuft, beispielsweise
eine Falte in der Papierbahn, hinterläßt eine vergleichsweise tiefe bleibende Verformung,
die bei jeder Walzenumdrehung zu einer unvollkommenen Papierbehandlung führt. Diese
Markierungen, die in gewissen Zeitabständen durch Abdrehen oder Abschleifen beseitigt
werden, stellen jedoch keinen schwerwiegenden Nachteil dar, da genügend Arbeitsspalte
zur Verfügung stehen, um eine ausreichende Papierbehandlung sicherzustellen. Andererseits
hat es sich herausgestellt, daß ein Teil der Arbeitsspalte in den bisher bekannten
Superkalandern nichts oder wenig zur Erzeugung der angestrebten Papiereigenschaften
beiträgt. Mit Bezug auf diese Papiereigenschaft kann ein 12-Walzen-Kalander durch
einen 8-Walzen-Kalander oder einen 2x5-Walzen-Kalander ersetzt werden. Um diese Verkleinerung
der Walzenanzahl auch tatsächlich nutzen zu können, wird vorgeschlagen, als Bezug
für die weichen Walzen einen äußerst markierungsunempfindlichen Kunststoff zu verwenden.
Man erhält daher ein Papier mit den gewünschten Eigenschaften, das keine merklichen
Markierungsfehler aufweist. Für den Fall, daß Arbeitsspalte entfallen sind, die etwas
zu der gewünschten Papiereigenschaft beigetragen haben, kann dies durch eine geringfügige
zusätzliche Energiezufuhr kompensiert werden. Hierbei ergibt sich wegen der geringeren
Anzahl von Walzen im Durchschnitt der Arbeitsspalte eine höhere Streckenlast. Auch
kann man eine moderate Wärmezufuhr durch beheizbare Walzen anwenden. Da der Walzenstapel
eine geringere Höhe als bekannte Superkalander hat, genügen niedrigere Gebäude, was
die Aufstellungskosten erheblich senkt.
[0007] Besonders günstig ist es, daß die Tiefe der bleibenden Verformung bei einer Störstellendicke
von 1 mm kleiner als 0,04 mm ist und mit abnehmender Störstellendicke überproportional
abnimmt. Ein solches Material hat so verschwindend kleine bleibende Verformungen,
daß sie für die Qualität des zu behandelnden Papiers keine merkbare Rolle spielen.
[0008] Des weiteren empfiehlt es sich, daß der Bezug auf eine Druckspannungs-Belastbarkeit
über 42 N/mm
2 ausgelegt ist. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß es sich in manchen
Fällen als zweckmäßig erweist, mit einer etwas höheren Druckspannung zu arbeiten.
[0009] Vorzugsweise besteht der Bezug im wesentlichen aus faserverstärktem Epoxidharz. Ein
solcher Kunststoff mit den vorstehend geforderten Eigenschaften ist auf dem Markt
erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung "TopTec 4" bei der Firma Scapa Kern,
Wimpassing/Österreich.
[0010] Ferner empfiehlt es sich, daß Ober- und/oder Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind.
Hierdurch wird die Druckspannung über die Breite des Walzenstapels vergleichmäßigt.
[0011] Günstig ist es auch, daß zumindest eine einen Arbeitsspalt begrenzende Walze auf
eine Oberflächentemperatur über 100°C beheizbar ist. In manchen Fällen ist eine moderate
Temperaturerhöhung auf wenig über 100°C von Nutzen, um mit einem 8-Walzen-Kalander
oder einem 2x5-Walzen-Kalander die gleichen Ergebnisse wie mit einem üblichen 12-Walzen-Kalander
zu erzielen.
[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform und
- Fig. 3
- ein Diagramm der Rauhigkeit über der Zahl der Arbeitsspalte bei einem 12-Walzen-Kalander.
[0013] Der in Fig. 1 veranschaulichte Kalander 1 weist einen Walzenstapel auf, der aus acht
Walzen besteht, nämlich einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Oberwalze
2, einer weichen Walze 3, einer beheizbaren harten Walze 4, einer weichen Walze 5,
einer weichen Walze 6, einer beheizbaren harten Walze 7, einer weichen Walze 8 und
einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Unterwalze 9. Auf diese Weise ergeben
sich sechs Arbeitsspalte 10 bis 15, die je durch eine harte Walze und eine weiche
Walze begrenzt sind, und ein Wechselspalt 16, der durch zwei weiche Walzen 5 und 6
begrenzt ist.
[0014] Eine Papierbahn 17 wird aus einer Papiermaschine 18 zugeführt, durchläuft unter der
Führung von Leitrollen 19 die Arbeitsspalte 10 bis 12, den Wechselspalt 16 und die
Arbeitsspalte 13 bis 15, worauf sie in einer Wickelvorrichtung 20 aufgewickelt wird.
In den drei oberen Arbeitsspalten 10 bis 12 liegt die Papierbahn mit der einen Seite,
in den drei unteren Arbeitsspalten 13 bis 15 mit der anderen Seite an den harten Walzen
an, so daß beidseitig die gewünschte Oberflächenstruktur, beispielsweise Glanz oder
Glätte, erreicht wird.
[0015] Wegen der direkten Verbindung des Kalanders 1 mit der Papiermaschine 18 ergibt sich
ein in-line-Betrieb. Aus diesem Grund besitzt jede der Walzen 2 bis 9 einen eigenen
Antrieb 21. Dies ermöglicht ein Einziehen der Papierbahn 17 während des Betriebes.
Jede der weichen Walzen 3, 5, 6 und 8 besitzt einen Bezug 22 aus einem markierungsunempfindlichen
Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Epoxidharz, der auch mit höherer Druckspannung
von beispielsweise 45 N/mm
2 und mehr beaufschlagt werden kann. Er ist auch gegenüber höheren Temperaturen beständiger
als ein Fasermaterial.
[0016] Ein Steuergerät 23 hat mehrere Funktionen:
a) Über eine Leitung 24 wird die Kraft P festgelegt, mit der die Oberwalze 2 nach
unten gedrückt wird, wobei die Unterwalze 9 zweckmäßigerweise ortsfest gehalten ist.
Die Belastung kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen, wobei die Kraft P auf die
Unterwalze 9 wirkt und die Oberwalze 2 ortsfest gelagert ist. Durch die Belastung
ist auch die Druckspannung bestimmt, die in den einzelnen Arbeitsspalten 10 bis 15
herrscht. Diese Druckspannung nimmt von oben nach unten zu, weil sich zu der Belastungskraft
P jeweils noch das wirksame Gewicht der einzelnen Walzen addiert. Allerdings ist der
Kraftzuwachs geringer als bei einem gleichwertigen bekannten Superkalander mit 12
Walzen.
b) Über die Leitungen 25 und 26 werden die Vorrichtungen 27 bzw. 28 zum Durchbiegungsausgleich
der Oberwalze 2 und der Unterwalze 9 mit Druckmittel beaufschlagt. Diese Vorrichtungen
sorgen dafür, daß über die Länge der Walzen eine gleichmäßige Druckspannung herrscht,
wie dies an sich bekannt ist. Hierfür können alle üblichen Vorrichtungen verwendet
werden, insbesondere solche, bei denen Stützelemente nebeneinander in einer Reihe
angeordnet sind und einzeln oder zonenweise mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt
werden können.
c) Die Walzen 2, 4, 7 und 9 sind beheizbar, wie dies durch Pfeile H angedeutet ist.
Die Heizenergie wird über strichpunktierte Pfade 27 bis 30 zugeführt. Dies kann durch
elektrische Beheizung, durch Strahlungsheizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers u.dgl.
erfolgen. Eine Schutzhaube 31 dient der Wärmeisolation und sorgt dafür, daß die in
Folge der Beheizung abgestrahlte Wärme nur in geringem Maß in die Umgebung abgeführt
wird.
[0017] Mit Hilfe der Kraft P wird dafür gesorgt, daß die mittlere Druckspannung p in den
Arbeitsspalten 10 bis 12 und 13 bis 15, zumindest aber im untersten Spalt, zwischen
45 und 60 N/mm
2 liegt. Mit Hilfe der Beheizung H wird dafür gesorgt, daß die Oberflächentemperatur
der beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 zwischen 100 und 150°C liegt. Die Durchmesser
der Walzen und die Elastizität des Belages 22 sind so gewählt, daß sich eine Spaltbreite
von etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm, ergibt. Dies führt in Abhängigkeit von
der Bahngeschwindigkeit zu Verweilzeiten t in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9 ms.
Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur T nur wenig über der unteren Grenze liegt,
also beispielsweise bei 110°C, und wenn die Druckspannung nur wenig über der unteren
Grenze liegt, beispielsweise bei 50 N/mm
2.
[0018] In Fig. 2 ist ein 2x5-Walzen-Kalander 32 veranschaulicht, der in einem ersten Stapel
eine harte Oberwalze 33, eine weiche Walze 34, eine harte Walze 35, eine weiche Walze
36 und eine harte Unterwalze 37 sowie in einem zweiten Stapel eine harte Oberwalze
38, eine weiche Walze 39, eine harte Walze 40, eine weiche Walze 41 und eine harte
Unterwalze 42 aufweist. Jeder Stapel besitzt daher drei Arbeitsspalte, die von der
Papierbahn 43 derart durchlaufen werden, daß im ersten Stapel die eine Bahnoberfläche
und im zweiten Stapel die andere Bahnoberfläche mit den harten Walzen in Berührung
kommt. Die Beheizung der Walzen, die Durchbiegungssteuerung der Ober- und Unterwalze
sowie die Belastung der beiden Walzenstapel kann in ähnlicher Weise wie im Kalander
der Fig. 1 erfolgen.
[0019] Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 3 die Rauhigkeit R in Abhängigkeit
von der Anzahl n der durchlaufenen Spalte bei einem 12-Walzen-Kalander veranschaulicht.
Die Kurve WS gilt für die "wireside" und die Kurve "TS" gilt für die "topside" der
Papierbahn. Man erkennt, daß bei der "wireside" die ersten vier Spalte und die letzten
drei Spalte und für die "topside" praktisch nur die ersten vier Spalte von Bedeutung
sind. Erfindungsgemäß wird daher mit einer geringeren Walzenanzahl gearbeitet, gegebenenfalls
mit etwas erhöhten Werten der Druckspannung und/oder der Temperatur. Allerdings ist
nun zu berücksichtigen, daß kaum noch Spalte zur Verfügung stehen, um durch Markierungen
geschädigtes Papier ausreichend zu behandeln. Daher werden weiche Walzen mit einem
in hohem Maße markierungsunempfindlichen Kunststoffbezug verwendet.
[0020] Nachstehend werden die Ergebnisse von Versuchen aufgeführt, bei denen Metallplättchen
unterschiedlicher Dicke durch einen zwischen eine weiche und eine harte Walze gebildeten
Arbeitsspalt geschickt wurden. Zum Vergleich standen ein markierungsunempfindlicher
Bezug aus faserverstärktem Epoxidharz, wie es von der Firma Scapa Kern unter der Bezeichnung
"TopTec 4" vertrieben wird, und ein bei Superkalander üblicher Bezug aus Fasermaterial,
bei dem die verpreßten Ronden die Bezeichnung "Fiberun Blue Denim" tragen.
Metallplättchendicke |
Tiefe der bleibenden Verformung |
|
TopTec 4 |
Fiberun BD |
0,1 mm |
nicht sichtbar |
0,02 mm |
0,5 mm |
0,01 mm |
0,21 mm |
1,0 mm |
0,03 mm |
0,45 mm |
[0021] Vielfach lassen sich die Ergebnisse der Papierbehandlung noch dadurch verbessern,
daß die Walzen, insbesondere die Mittelwalzen, in nicht veranschaulichter Weise in
Hebeln gelagert sind, wobei mit Vorteil die überhängenden Gewichte durch Stützvorrichtungen
kompensiert sind, wie dies aus EP 0 285 942 B1 bekannt ist.
1. Kalander für die Behandlung einer Papierbahn mit einem Walzenstapel, der harte und
weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete
Arbeitsspalte aufweist, wobei zuerst die eine und dann die andere Bahnseite an einer
harten Walze anliegt, dadurch gekennzeichnet,
a1) daß der Stapel (5, 6) 6 bis 8 Walzen (2 bis 9) mit einem durch zwei weiche Walzen
gebildeten Wechselspalt (61) aufweist
a2) oder daß zwei gleichartige Stapel mit je 4 oder 5 Walzen (33 bis 42) vorgesehen
sind,
b) und daß die weichen Walzen einen Bezug (22) aus einem Kunststoff mit so großem
Rückstellvermögen aufweisen, daß die Tiefe der bleibenden Verformung nach Durchlauf
einer bis zu 1 mm dicken Störstelle durch den Arbeitsspalt höchstens 5% der Störstellendicke
beträgt.
2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der bleibenden Verformung
bei einer Störstellendicke von 1 mm kleiner als 0,04 mm ist und mit abnehmender Störstellendicke
überproportional abnimmt.
3. Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezug (22) auf eine
Druckspannungs-Belastbarkeit über 42 N/mm2 ausgelegt ist.
4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezug (22)
im wesentlichen aus faserverstärktem Epoxidharz besteht.
5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und/oder
Unterwalze (2, 9) durchbiegungssteuerbar sind.
6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine
einen Arbeitsspalt (10 bis 15) begrenzende Walze auf eine Oberflächentemperatur über
100°C beheizbar ist.