[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander für die zweiseitige Papierbehandlung
mit einem Walzenstapel, der eine harte Oberwalze, eine harte Unterwalze und dazwischen
weitere harte und weiche Walzen sowie jeweils zwischen einer harten und einer weichen
Walze gebildete Arbeitsspalte und einen zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt
aufweist und der durch an den Stapelenden angreifende Kräfte in Stapelrichtung belastbar
ist.
[0002] Derartige Kalander sind beispielsweise aus dem Prospekt "Die neuen Superkalander-Konzepte"
der Firma Sulzer Papertec Krefeld GmbH aus Mai 1994 bekannt. Sie dienen dazu, gestrichene
und ungestrichene Papiere zu satinieren, beispielsweise Druckpapiere oder Silicon-Rohpapiere.
Als "harte" Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten und harten Oberfläche,
die im wesentlichen für die Glätte und den Glanz verantwortlich sind. Als "weiche"
Walzen bezeichnet man Walzen mit einer elastischen oder weichen Oberfläche, die im
wesentlichen für eine gleichmäßige Verdichtung sorgen. Der Wechselspalt ist erforderlich,
damit beide Seiten der Papierbahn eine etwa gleichmäßige Behandlung erfahren. Üblich
ist es, einen Kalander mit 12 bis 16 Walzen zu verwenden, wobei sich der Wechselspalt
in der unteren Hälfte des Stapels befindet. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen,
daß die den Stapel von oben nach unten durchlaufende Papierbahn oben in geringerem
Maße geglättet wird als unten, weil die zumeist vom oberen Ende her wirkende Belastung
durch die Gewichte der Walzen und eventuell damit verbundener Teile, wie überhängender
Gewichte, nach unten hin zunimmt. Dies führt zu einer von oben nach unten zunehmenden
Streckenlast bzw. Druckspannung und/oder Verweilzeit in den Arbeitsspalten. Diese
Kalander haben daher eine große Bauhöhe und sind aufgrund der großen Anzahl von Walzen
sehr teuer.
[0003] Aus EP 0 230 563 A1 ist eine Vorrichtung zum Positionieren von Walzenflächen bekannt,
bei der ein Walzenstapel mit sieben Walzen vorgesehen ist, von denen die Oberwalze,
die Unterwalze und die Mittelwalze als Biegeeinstellwalze ausgebildet sind. Die übrigen
Walzen sind an Hebeln gelagert. Hydraulische Stellmotoren, die an den Hebeln bzw.
an den Enden der Biegeeinstellwalzen angreifen, dienen dazu, die Walzenfläche zu heben,
abzusenken, in gewünschter Lage zu halten und von den Einwirkungen der überhängenden
Gewichte zu entlasten. Weiche Walzen und mit ihrer Hilfe gebildete Arbeits- und Wechselspalte
zur Beseitigung der Unterschiede auf beiden Seiten der Papierbahn sind nicht erwähnt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, der weitgehend die gleichen Satinageergebnisse für eine bestimmte Papiersorte
sicherstellt, aber eine kleinere Bauhöhe hat und dessen Herstellungs- und Betriebskosten
geringer sind.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stapel 8 Walzen aufweist,
von denen die beiden mittleren Walzen den Wechselspalt bilden, daß eine der Zwischenwalzen
eine Biegeeinstellwalze mit Mantelhub ist, deren Mantel durch eine obere druckbelastbare
Stützvorrichtung und eine untere druckbelastbare Stützvorrichtung auf einem den Mantel
durchsetzenden Träger abgestützt ist, und daß die von der oberen Stützvorrichtung
auf den Mantel ausgeübte Stützkraft größer ist als die von der unteren Stützvorrichtung
ausgeübten Stützkraft.
[0006] Bei dieser Konstruktion ist die Anzahl der Arbeitsspalte oberhalb des Wechselspalts
gleich der Anzahl der Arbeitsspalte unterhalb des Wechselspalts und damit geringer
als beim bekannten Superkalander. Trotzdem wird das gleiche Satinageergebnis wie bei
einem 12-Walzen-Kalander erzielt, weil in allen Arbeitsspalten mit verhältnismäßig
großer Streckenlast gearbeitet werden kann. Insbesondere bewirkt die mittlere Biegeeinstellwalze,
daß die oberhalb des Wechselspalts an den harten Walzen anliegende Papierseite eine
ähnliche Behandlung erfährt, wie die unterhalb des Wechselspalts an den harten Walzen
anliegende Papierseite. Sowohl im untersten Arbeitsspalt der unteren Hälfte des Stapels
auch im untersten Arbeitsspalt der oberen Hälfte des Stapels kann mit der maximal
zulässigen Druckspannung gearbeitet werden. Entsprechend groß können auch die Druckspannungen
in den darüber befindlichen Spalten sein. Die drei Walzenspalte oberhalb des Wechselspalts
beim 8-Walzen-Kalander erzielen das gleiche Resultat wie beim 12-Walzen-Kalander die
ersten sieben Arbeitsspalte. Da eine Biegeeinstellwalze mit Mantelhub verwendet wird,
kann sie in einem Stapel verwendet werden, dessen Walzen in üblicher Weise, beispielsweise
durch Absenken der Unterwalze, voneinander getrennt werden können.
[0007] Da der Kalander eine geringere Bauhöhe hat, benötigt man auch niedrigere Gebäude,
was die Aufstellungskosten erheblich senkt. Des weiteren ist der Kalander wegen der
geringeren Walzenzahl sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kostengünstig.
[0008] Günstig ist es, daß eine der beiden mittleren Walzen als Biegeeinstellwalze ausgebildet
ist. Die Entkopplung des oberen und des unteren Belastungssystems ist besonders groß,
weil der Mantel der mit einem Bezug versehenen Biegeeinstellwalze leichter verformbar
ist. Außerdem wirken die unterschiedlichen Belastungen je auf einer Hälfte des Stapels.
[0009] Dies gilt insbesondere, wenn die fünfte Walze von oben als Biegeeinstellwalze ausgebildet
ist. Der Einfluß des Walzengewichts auf den untersten Arbeitsspalt ist dann am geringsten.
[0010] Des weiteren empfiehlt es sich, daß die Zwischenwalzen mit Ausnahme der Biegeeinstellwalze
an Hebeln gelagert sind, die durch Kompensatoren zum Ausgleich überhängender Gewichte
belastet sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß nur das Walzengewicht, nicht
aber überhängende Gewichte u.dgl. in die in jedem Arbeitsspalt herrschende Streckenlast
eingeht. Dies ergibt eine steile Belastungskennlinie, gemäß der in allen Arbeitsspalten
mit verhältnismäßig hoher Streckenlast gearbeitet werden kann.
[0011] Günstig ist es, daß die Summe der Streckenlasten in den Arbeitsspalten oberhalb des
Wechselspalts 80% bis 120% der Summe der Streckenlasten der Arbeitsspalte unterhalb
des Wechselspalts beträgt. Die Summe der Streckenlasten ist ein guter Anhaltspunkt
für die mechanische Einwirkung auf das Papier. Auch wenn die Summe der Streckenlasten
oberhalb des Wechselspalts nicht identisch mit der Summe der Streckenlasten unterhalb
des Wechselspalts ist, erhält man dennoch den Forderungen der Praxis voll entsprechende,
hervorragende Satinageergebnisse.
[0012] Die Kalandrierleistung läßt sich noch besser dadurch berücksichtigen, daß die Summe
der Produkte aus Verweilzeit und mittlerer Druckspannung in den Arbeitsspalten oberhalb
des Wechselspaltes 80% bis 120% der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten
unterhalb des Wechselspalts beträgt. Denn Verweilzeit und Druckspannung sind zwei
maßgebende Faktoren für die Papierverformung.
[0013] Als vorteilhafte Maßnahme wird angesehen, daß die Walzen selbst ein geringes Gewicht
haben. Dies geschieht bei den harten Walzen dadurch, daß sie den kleinstmöglichen
Durchmesser und eine möglichst dünne Wandstärke aufweisen. Bei den weichen Walzen
sollte man anstelle der kompakten und schweren Walzen mit Papierbezug leichter bauende
Konstruktionen verwenden.
[0014] Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, daß die weichen Walzen Hohlräume enthalten.
Insbesondere kommen hierfür mit einem Bezug versehene Hohlrohre in Betracht.
[0015] Vorteile bietet es auch, wenn die weiche Walze einen Kunststoffmantel aufweist. Solche
Bezüge sind wesentlich dünner als Papierbezüge und dementsprechend leichter.
[0016] Hierbei empfiehlt es sich ferner, daß die weiche Walze einen Mantel aus faserverstärktem
Kunststoff, wie Epoxidharz aufweist. Durch die Faserverstärkung, insbesondere mit
Kohlefasern, läßt sich Stabilität und geringes Gewicht miteinander vereinen.
[0017] In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß zumindest eine harte Walze beheizbar
ist. Dies ermöglicht es, thermische Verformungsenergie zuzuführen, so daß insgesamt
mit einer geringeren Streckenlast gearbeitet werden kann. Hinzu kommt aber, daß man
durch unterschiedliche Beheizung in den verschiedenen Arbeitsspalten noch ein höheres
Maß der Anpassung des Satinageergebnisses auf beiden Papierbahnseiten erzielen kann.
[0018] Mit Vorteil sind die Ober- und/oder Unterwalze beheizbar. Schon im ersten und auch
im letzten Spalt ist daher Wärme zuführbar, was auf beiden Seiten der Papierbahn Korrekturmöglichkeiten
bietet.
[0019] Vorzüge bietet es auch, daß die Ober- und/oder Unterwalze eine Biegungseinstellwalze
ist. Die Durchbiegungssteuerung erlaubt es, die Streckenlast über die Breite der Papierbahn
konstant zu halten, um so ein sehr gleichmäßiges Satinageergebnis zu erzielen.
[0020] Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders und
- Fig. 2
- einen Schnitt durch eine weiche Walze.
[0021] Der 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 durchbiegungssteuerbaren
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 in deren Mitte ein Wechselspalt 16, der durch zwei weiche
Walzen 5 und 6 begrenzt ist.
[0022] Eine Papierbahn 17 wird aus einer Papiermaschine zugeführt, durchläuft unter der
Führung von Leitrollen 18 die Arbeitsspalte 10 bis 12, den Wechselspalt 16 und die
Arbeitsspalte 13 bis 15, worauf sie in einer Wickelvorrichtung 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.
[0023] Oberwalze 2 und Unterwalze 9 sind als Biegeeinstellwalzen ausgebildet, bei denen
der Walzenmantel 19 durch eine Reihe von Stützelementen 20 auf einem drehfesten Träger
21 abgestützt sind. Auch die weiche Walze 6 ist als Biegeeinstellwalze ausgebildet,
wobei der Mantel 22 über eine obere Stützvorrichtung 23, gebildet durch eine Reihe
von Stützelementen, und eine untere Stützvorrichtung 24, gebildet durch eine Reihe
von Stützelementen, auf einem drehfesten und ortsfesten Träger 25 abgestützt ist.
Diese Walze 6 ist mit Mantelhub ausgebildet, d.h. der Mantel 22 ist als Ganzes relativ
zu Träger 25 vertikal verstellbar. Derartige Biegeeinstellwalzen sind bekannt, beispielsweise
in der Form von NIPCO- oder HYDREIN-Walzen. Die Stützelemente können auch durch andere
bekannte Stützvorrichtungen ersetzt werden.
[0024] Die übrigen Walzen 3, 4, 5, 7 und 8 sind mit ihren Lagerzapfen an Hebeln 26 gelagert,
die um gestellfeste Drehpunkte 27 schwenkbar sind. Am freien Ende ist jeder Hebel
durch einen Kompensator 28 belastbar, der die Wirkung der überhängenden Gewichte,
beispielsweise der Leitwalze 18, kompensiert und dadurch das wirksame Gewicht der
zugehörigen Walze klein hält. Die Kompensatoren 28 können in beliebiger Weise belastet
sein, beispielsweise durch einen Flüssigkeitsdruck oder eine Feder.
[0025] Zum Trennen der Walzen des Stapels 1 kann der Träger der Unterwalze 9 mittels eines
Hubzylinders 29 abgesenkt werden. Hierdurch senken sich die an Hebeln 26 gelagerten
Walzen 3, 4, 5, 6, 8 ab, bis die Hebel an einem nicht veranschaulichten Anschlag,
der in den Kompensator einbezogen sein kann, anliegt, während die weiche Walze 6 absinkt,
bis der Mantelhub durch einen internen Anschlag beendet ist. Wenn sich zwischen allen
Walzen ein Spalt von beispielsweise 4 mm ergeben soll, muß die Walze 3 um 4 mm, die
Walze 4 um 8 mm, die Walze 5 um 12 mm und der Mantel 22 der Walze 6 um 16 mm nach
unten bewegt werden können.
[0026] Die weichen Walzen, zum Beispiel 3, weisen ein Tragrohr 30 mit einem Hohlraum 31
auf. Auf dem Tragrohr ist ein Kunststoffmantel 32 angeordnet, der beispielsweise aus
faserverstärktem Epoxidharz bestehen kann. Eine solche weiche Walze ist wesentlich
leichter als eine übliche Walze mit einem Bezug aus Fasermaterial.
[0027] Eine oder mehrere der harten Walzen 2, 4, 7, 9 sind beheizbar, wie dies durch die
Pfeile H1 bis H4 angedeutet ist. Die Oberwalze 2 besitzt zu diesem Zweck einen Induktionsheizvorrichtung
33. Die Heizenergie kann aber auch auf andere Art zugeführt werden, beispielsweise
durch elektrische Widerstandsheizung, durch Strahlungsheizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers
u.dgl.
[0028] Ein Steuergerät 34 koordiniert die einzelnen Parameter der Papierbahnbehandlung.
So wird außer der Heizenergie H1 bis H4 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. Den Stützelementen
in den Walzen 2, 6 und 9 werden einzeln oder zonenweise Drücke p1, p2, p3 und p4 zugeführt,
die bei allen drei Biegeeinstellwalzen dafür sorgen, daß über die Länge der Walzen
eine gleichmäßige Druckspannung herrscht. Darüber hinaus werden die Stützvorrichtungen
23 und 24 der Walze 6 so angesteuert, daß die nach oben wirkende Kraft etwas größer
ist als die nach unten wirkende Kraft. Auf diese Weise werden die Arbeitsspalte 10
bis 12 im oberen Teil des Stapels 1 und die Arbeitsspalte 13 bis 15 im unteren Teil
des Stapels voneinander entkoppelt. Man kann daher in den drei oberen Walzenspalten
eine Behandlung der einen Papierseite vornehmen, die derjenigen der anderen Seite
des Papiers in den drei unteren Arbeitsspalten ähnlich ist.
[0029] Bei einer Belastung des Stapels durch eine Kraft P ergibt sich im ersten Arbeitsspalt
10 eine Streckenlast f1, die von der Kraft P und dem wirksamen Gewicht der Oberwalze
2 abhängt, im zweiten Arbeitsspalt 11 eine Streckenlast f2, die von der Kraft P und
den wirksamen Gewichten der beiden oberen Walzen 2 und 3 abhängt, und im dritten Arbeitspalt
12 eine Streckenlast f3, die von der Kraft P und den wirksamen Gewichten der Walzen
2 bis 4 abhängt. Die zugehörige Stützkraft wird durch die obere Stützvorrichtung 23
aufgebracht. Völlig unabhängig hiervon sind die Streckenlasten f4, f5 und f6 in den
darunterliegenden Arbeitsspalten 13 bis 15. Die Streckenlast f4 im Arbeitsspalt 13
hängt allein von der Kraft ab, welche durch die untere Stützvorrichtung 24 erzeugt
wird. Die Streckenlast f5 ist um das wirksame Gewicht der Walze 7 und die Streckenlast
f6 im Arbeitsspalt 15 um das wirksame Gewicht der Walzen 7 und 8 größer. Angestrebt
wird es, daß die Summe der Streckenlasten f1 + f2 + f3 der obersten Arbeitsspalte
10, 11 und 12 bei 80% bis 120%, vorzugsweise etwa 100%, der Summe der Streckenlasten
f4 + f5 + f6 der drei untersten Arbeitsspalte 13, 14 und 15 liegt.
[0030] Zu ähnlichen Ergebnissen führt es, wenn man nicht die Streckenlast in den einzelnen
Spalten, sondern die Verweilzeit und die Druckspannung in jedem Arbeitsspalt berücksichtigt,
indem die Summe der Produkte für die drei obersten Arbeitsspalte mit der Summe dieser
Produkte für die drei unteren Arbeitsspalte verglichen wird. Auch hier sollte die
obere Summe 80% bis 120% der unteren Summe betragen.
[0031] Bei dieser Auslegung ist die Behandlung in den drei ersten Arbeitsspalten 10, 11
und 12 der Behandlung in den drei letzten Arbeitsspalten 13, 14 und 15 so stark angenähert,
daß auch der Satinageeffekt auf beiden Seiten der Papierbahn weitgehend gleich ist.
Eventuell noch notwendige Korrekturen können mit Hilfe unterschiedlicher Beheizung
der beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 vorgenommen werden.
[0032] Als zweckmäßig erwiesen sich Werte der Druckspannung im Arbeitsspalt, insbesondere
in den untersten Arbeitsspalten 12 und 15 jeder Stapelhälfte, zwischen 42 und 60 N/mm
2. Mit Hilfe der Beheizung H1 bis H4 erhielten die beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9
eine Oberflächentemperatur zwischen 100 und 150° C. Die Durchmesser der weichen Walzen
und die Elastizität ihres Belages 34 waren so gewählt, daß sich eine Spaltbreite von
etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm, ergab. Dies führt in Abhängigkeit von der
Bahngeschwindigkeit zu Verweilzeiten in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9, vorzugsweise
0,2 bis 0,5 ms. Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur 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. Gegenüber einem 12-Walzen-Kalander genügen daher geringfügige Erhöhungen der thermischen
und mechanischen Energie, um dieselben Satinierergebnisse mit einem 8-Walzen-Kalander
zu erzielen.
1. Kalander für die zweiseitige Papierbehandlung mit einem Walzenstapel, der eine harte
Oberwalze, eine harte Unterwalze und dazwischen weitere harte und weiche Walzen sowie
jeweils zwischen einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte und
einen zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt aufweist und der durch
an den Stapelenden angreifende Kräfte in Stapelrichtung belastbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stapel (1) 8 Walzen (2 bis 9) aufweist, von denen die beiden mittleren Walzen
(5, 6) den Wechselspalt (16) bilden, daß eine der Zwischenwalzen (6) eine Biegeeinstellwalze
mit Mantelhub ist, deren Mantel (22) durch eine obere druckbelastbare Stützvorrichtung
(23) und eine untere druckbelastbare Stützvorrichtung (24) auf einem den Mantel durchsetzenden
Träger (25) abgestützt ist, und daß die von der oberen Stützvorrichtung (23) auf den
Mantel (22) ausgeübte Stützkraft größer ist als die von der unteren Stützvorrichtung
(24) ausgeübten Stützkraft.
2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden mittleren Walzen
(5, 6) als Biegeeinstellwalze ausgebildet ist.
3. Kalander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Walze (6) von oben
als Biegeeinstellwalze ausgebildet ist.
4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwalzen
(2, 3, 4, 5, 7, 8) mit Ausnahme der Biegeeinstellwalze (6) an Hebeln gelagert sind,
die durch Kompensatoren (28) zum Ausgleich überhängender Gewichte belastet sind.
5. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der
Streckenlasten (f1 + f2 + f3) in den Arbeitsspalten (10 bis 12) oberhalb des Wechselspalts
(16) 80% bis 120% der Summe der Streckenlasten (f4 + f5 + f6) der Arbeitsspalte (13
bis 15) unterhalb des Wechselspalts beträgt.
6. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der
Produkte aus Verweilzeit und mittlerer Druckspannung in den Arbeitsspalten (10, 11,
12) oberhalb des Wechselspalts (16) 80 % bis 120% der Summe der genannten Produkte
in den Arbeitsspalten (13, 14, 15) unterhalb des Wechselspalts (16) beträgt.
7. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen
Walzen (3) Hohlräume (31) enthalten.
8. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche
Walze (3) einen Kunststoffmantel (32) aufweist.
9. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche
Walze (3) einen Mantel (32) aus faserverstärktem Kunststoff aufweist.
10. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine
harte Walze (2, 4, 7, 9) beheizbar ist.
11. Kalander nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze
(2, 9) beheizbar ist.
12. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober-
und/oder Unterwalze (2, 9) ebenfalls eine Biegeeinstellwalze ist.