Kalander für die Behandlung einer Papierbahn

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen In-Line-Kalander für die Behandlung einer Papierbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[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 Waben haben eine auf etwa 80°C begrenzte Oberflächentemperatur. Die mittlere Druckspannung in den Walzenspalten liegt im normalen Betrieb zwischen 15 und 30 N/mm², im untersten Arbeitsspalt sind auch schon Werte von maximal etwa 40 N/mm² 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-Rohpaplere 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 festigkeftsbedingt 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,

a) daß der Stapel 6 bis B Walzen mit einem durch zwei weiche Walzen gebildeten Wechselspalt aufweist

b) daß die weichen Walzen einen Bezug 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

c) und daß zumindest eine einen Arbeitsspalt begrenzende Walze auf eine Oberflächentemperatur über 100°C beheizbar ist.

[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 Arbeltsspalte 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 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] In manchen Fällen ist eine moderate Temperaturerhöhung auf wenig über 100°C von Nutzen, um mit einem 8-Walzen-Kalander die gleichen Ergebnisse wie mit einem üblichen 12-Walzen-Kalander zu erzielen.

[0008] 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.

[0009] Des weiteren empfiehlt es sich, daß der Bezug auf eine Druckspannungs-Belastbarkeit über 42 N/mm² ausgelegt ist. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß es sich in manchen Fällen als zweckmäßig erweist, mit einer etwas höheren Druckspannung zu arbeiten.

[0010] 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.

[0011] Ferner empfiehlt es sich, daß Ober- und/oder Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind. Hierdurch wird die Druckspannung über die Breite des Walzenstapels vergleichmäßigt.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders und

Fig. 2 ein Diagramm der Rauhigkeit über der Zahl der Arbeitsspalte bei einem 12-Walzen-Kalander.

[0013] Der in Fig. 1 veranschaulichte Kalander 1 weist einen Walzen stapel 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 Wikkelvorrichtung 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/mm² 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/mm² 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/mm².

[0018] Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 2 die Rauhigkeit R in Abhängigkeit von der Anzahln 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.

[0019] 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

[0020] 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.

Ansprüche

1. In-Line-Kalander für die Behandlung einer aus einer Päpiermaschine zugeführten Papierbahn zur Erzielung höherwertiger Papiere, wie tiefdruckfähige Papiere, technische Papiere oder Verdichtungspapiere, mit einem Walzenstapel, der harte und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte aufweist, wobei zuerst die eine Bahnseite in Arbeitsspalten an einer harten Walze anliegt und dann die andere Bahnseite in Arbeitsspalten an einer harten Walze anliegt, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Stapel 6 bis 8 Walzen (2 bis 9) mit einem durch zwei weiche Walzen gebildeten Wechselspalt (16) aufweist,

b) 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.

c) und daß zumindest eine einen Arbeitsspalt (10 bis 15) begrenzende Walze auf eine Oberflächentemperatur über 100°C beheizbar ist.

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.

Claims

1. In-line calender for the treatment of a paper web supplied from a paper-making machine, for obtaining higher-grade papers such as papers capable of intaglio printing, industrial papers or compression papers, with a roll stack which comprises hard rolls and soft rolls as well as working gaps formed in each case between a hard roll and a soft roll, wherein first one side of the web is applied to a hard roll in working gaps and then the other side of the web is applied to a hard roll in working gaps, characterised

a) in that the stack comprises 6 to 8 rolls (2 to 9) with a change-over gap (16) formed by two soft rolls,

b) in that the soft rolls comprise a covering (22) made of a plastic with such a high recovery capacity that the depth of permanent deformation after passage of a flaw up to 1 mm thick through the working gap is not more than 5% of the flaw thickness

c) and in that at least one roll defining a working gap (10 to 15) can be heated to a surface temperature of over 100°C.

2. Calender according to claim 1, characterised in that the depth of permanent deformation with a flaw thickness of 1 mm is less than 0.04 mm and decreases superproportionally with decreasing flaw thickness.

3. Calender according to claim 1 or 2, characterised in that the covering (22) is designed for a compressive stress bearing capacity of over 42 N/mm².

4. Calender according to any of claims 1 to 3, characterised in that the covering (22) essentially consists of fibre-reinforced epoxy resin.

5. Calender according to any of claims 1 to 4, characterised in that the upper and/or lower rolls (2, 9) can be controlled for deflection.

Revendications

1. Calandre en ligne pour le traitement d'une bande de papier apportée d'une machine à papier pour obtenir des papiers de qualité supérieure, comme les papiers utilisés en héliogravure, les papiers techniques ou les papiers denses, avec un empilement de cylindres qui comporte des cylindres durs et des cylindres mous ainsi que des fentes de travail formées à chaque fois entre un cylindre dur et un cylindre mou, une face de la bande se trouvant d'abord contre un cylindre dur dans des fentes de travail puis l'autre face de la bande se trouvant contre un cylindre dur dans des fentes de travail, caractérisée en ce que

a) l'empilement comporte 6 à 8 cylindres (2 à 9) avec une fente de retournement (16) formée entre deux cylindres mous,

b) les cylindres mous portent un revêtement (22) en une matière plastique ayant une telle reprise élastique que la profondeur de la déformation restante après le passage d'un défaut ayant jusqu'à 1 mm d'épaisseur à travers la fente de travail vaut au maximum 5 % de l'épaisseur du défaut,

c) et au moins un cylindre limitant une fente de travail (10 à 15) peut être chauffé à une température superficielle supérieure à 100°C.

2. Calandre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur de la déformation restante pour une épaisseur de défaut de 1 mm est inférieure à 0,04 mm et diminue de manière surproportionnelle lorsque l'épaisseur de défaut diminue.

3. Calandre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le revêtement (22) est conçu pour une capacité de charge par contrainte de pression supérieure à 42 N/mm².

4. Calandre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le revêtement (22) est globalement en résine époxy renforcée par des fibres.

5. Calandre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le cylindre supérieur (2) et/ou le cylindre inférieur (9) peuvent être contrôlés en flexion.

Zeichnung