Kalander, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn

Abstract

 Es wird ein Kalander (1) angegeben, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn (18), mit einem Walzenstapel aus mindestens drei Walzen (2, 3, 6-9) und mit mindestens einem Doppelweichnip (19, 21), der durch zwei Walzen (6-9) mit elastischer Oberfläche gebildet ist.
Bei einem derartigen Kalander möchte man die Einwirkungsmöglichkeiten auf die Materialbahn verbessern.
Hierzu ist mindestens eine der den Doppelweichnip (19-21) bildenden Walzen (6-9) beheizbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kalander, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn, mit einem Walzenstapel aus mindestens drei Walzen und mit mindestens einem Doppelweichnip, der durch zwei Walzen mit elastischer Oberfläche gebildet ist.

[0002] Ein derartiger Kalander ist beispielsweise aus EP 0 748 895 A2 bekannt.

[0003] Kalander dieser Art haben bei der Papierherstellung hauptsächlich zwei Aufgaben. Sie müssen zum einen die Papierbahn verdichten. Zum anderen sollen sie bestimmte Oberflächeneigenschaften erzeugen, beispielsweise einen möglichst hohen Glanz und eine möglichst hohe Glätte.

[0004] Der aus EP 0 748 895 A2 bekannte Kalander weist hierbei in einem Walzenstapel aus 6 bis 12 Walzen abwechselnd eine "harte" und eine "weiche" Walze auf. Die harten Walzen sind beheizt. Sie verfügen über eine sehr glatte Oberfläche. Sie sind in der Regel als Stahl- oder Gußwalzen ausgebildet. Die glatte Oberfläche der harten Walzen "prägt" sich in die Oberfläche der Papierbahn ein und vermittelt ihr die gewünschte Glätte und, zusammen mit der durch die Beheizung erzeugten Wärme, den gewünschten Glanz. Die "weichen" Walzen haben eine elastische Oberfläche und dienen hauptsächlich zur Verdichtung der Papierbahn. Da ihre Oberfläche elastisch ausgebildet ist, also bis zu einem gewissen Grade nachgeben kann, wird hierbei ein Zerquetschen der Fasern der Papierbahn vermieden.

[0005] Da man in der Regel beide Seiten der Papierbahn glätten möchte, müssen auch beide Seiten der Papierbahn bei dem bekannten Kalander an einer harten Walze mit glatter Oberfläche vorbeigeführt werden. Hierzu ist ein sogenannter Wechselspalt erforderlich, der durch zwei weiche Walzen gebildet wird. Dieser Wechselspalt hat lediglich die Aufgabe, die Abfolge von harten und weichen Walzen zu ändern. Die Wirkung auf die Papierbahn im Wechselspalt wird im allgemeinen als äußerst gering angesehen.

[0006] Eine ähnliche Situation ergibt sich auch bei anderen Materialbahnen, die auf ähnliche Weise wie eine Papier- oder Kartonbahn behandelt werden müssen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einwirkungsmöglichkeit auf die Materialbahn zu verbessern.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Kalander der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens eine der den Doppelweichnip bildenden Walzen beheizbar ist.

[0009] Der durch die beiden Walzen mit elastischer Oberfläche, d.h. die beiden weichen Walzen, begrenzte Walzenspalt erhält damit eine zusätzliche Funktion. In diesem Walzenspalt kann nämlich durch die erhöhte Temperatur Energie in die Materialbahn eingetragen werden, so daß zumindest eine weitere Verdichtung möglich ist. Aufgrund dieser zusätzlichen Funktion handelt es sich nicht mehr um einen einfachen Wechselspalt. Dieser Walzenspalt wird daher hier als "Doppelweichnip" bezeichnet. Aufgrund der erhöhten Temperatur kann nun auch der Walzenspalt, der durch zwei Walzen gebildet ist und an sich für die Bearbeitung der Materialbahn verloren wäre, für die Bearbeitung genutzt werden. Im Extremfall kann man bei einer derartigen Ausgestaltung einen der übrigen Walzenspalte weglassen, so daß sich unter Umständen die Bauhöhe des Kalanders verringern läßt. Dies spart in erheblichem Maße Kosten.

[0010] Vorzugsweise weist der Kalander mindestens zwei Doppelweichnips auf und jeder Doppelweichnip weist mindestens eine beheizbare Walze auf. Man kann also die vorteilhaften Wirkungen eines derartigen Doppelweichnips im Kalander mehrfach ausnutzen, solange mindestens eine der weichen Walzen, die die Doppelweichnips bilden, beheizt ist.

[0011] Vorzugsweise weist die Oberfläche mindestens einer einen Doppelweichnip bildenden Walze eine glatte Oberfläche auf, deren mittleren Rauhigkeit Ra unter Betriebsbedingungen den Wert 0,5 µm nicht übersteigt. Eine derartig glatte Oberfläche läßt sich auch in Verbindung mit einer elastischen Oberfläche realisieren, beispielsweise auf die Art, die in DE 195 06 301 A1 beschrieben ist. Auf diese Weise kann man die Materialbahn im Doppelweichnip nicht nur verdichten, sondern auch zumindest an der Seite glätten, die an der weichen Walze mit der glatten Oberfläche anliegt. Noch besser werden die Ergebnisse, wenn sogar beide den Doppelweichnip bildenden Walzen die glatte Oberfläche aufweisen. In diesem Fall kann man in dem oder den Doppelweichnips die Materialbahn verdichten und beidseitig glätten, was unter Umständen die Einsparung weiterer Walzenspalte oder Nips in dem Kalander möglich macht. Die Zweiseitigkeit der Materialbahn kann ganz erheblich reduziert werden.

[0012] Vorzugsweise weisen die Walzen mit der elastischen Oberfläche einen harten Kern und eine Oberflächenschicht aus einem elastischen Material auf. Dies vereinfacht den Aufbau. Der harte Kern unterstützt die elastische Oberflächenschicht. Durch die Wahl der Dicke der Oberflächenschicht lassen sich einige Parameter des Doppelweichnips beeinflussen.

[0013] Insbesondere ist von Vorteil, wenn das elastische Material eine vorbestimmte gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine derartige Wärmeleitfähigkeit kann man durch eine Reihe von Maßnahmen verbessern, beispielsweise durch die Einlagerung aus gut wärmeleitendem Material. Man kann aber auch ein Material verwenden, das an sich eine vorbestimmte gute Leitfähigkeit für Wärme aufweist. In diesem Fall kann nämlich eine höhere Temperatur, die beispielsweise im Innern der Walze erzeugt wird, mit wenigen Verlusten bis an die Oberfläche dringen. Es ist natürlich auch möglich, die Oberfläche direkt von außen zu beheizen.

[0014] Auch ist von Vorteil, wenn die Oberflächenschicht sehr dünn ist. Eine entsprechend dünne Schicht setzt dem Wärmetransport von innen nach außen einen entsprechend geringen Widerstand gegenüber, so daß man an der Oberfläche der Oberflächenschicht sehr schnell die erforderlichen Temperaturen mit geringen Verlusten erhält. Darüber hinaus hat eine dünne Oberflächenschicht weitere Vorteile. Sie ermöglicht, daß sich Fasern der Materialbahn, insbesondere bei einer Papierbahn, die lokal vorstehen, in die elastische Oberfläche eindrücken. Andererseits hat die Walze mit einer sehr dünnen Oberflächenschicht fast die Charakteristik einer "harten" Walze, d.h. es ergibt sich im Betrieb eine Oberflächenform der Walze, die zumindest annähernd der Oberflächenform einer harten Walze entspricht. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich zwei weiche Walzen im Doppelweichnip gegenüberstehen, weil hier auf beiden Seiten des Nips oder Walzenspalts gleichartige Bedingungen vorliegen. Die Verformung der elastischen Oberflächenschicht, von der man bislang immer ausgegangen ist, bleibt bei einer dünnen Schicht und einer im Doppelweichnip befindlichen Materialbahn sehr gering, in vielen Fällen sogar unmerklich, so daß man in dem Doppelweichnip praktisch die gleichen Druckspannungsverhältnisse erhält wie in einem Walzenspalt oder Nip aus einer weichen und einer harten Walze oder sogar fast von zwei harten Walzen.

[0015] Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Oberflächenschicht eine Dicke unter 4 mm, insbesondere im Bereich von 0,02 bis 2 mm aufweist.

[0016] Mit Vorteil ist die Oberflächenschicht durch einen Kunststoff gebildet. Kunststoffe stehen in einer großen Vielfalt zur Verfügung, so daß man den für die Anforderungen geeigneten Kunststoff auswählen kann. Je dünner die Schicht ist, desto geringer kann auch der Elastitzitätsmodul sein.

[0017] Mit Vorteil ist die Oberflächenschicht als Lackschicht ausgebildet. Man kann also für die Walze mit elastischer Oberflächenschicht eine "harte" Walze verwenden, d.h. einen Walzenkern aus Stahl oder Guß, der lackiert wird. Doppelweichnips, die mit derartigen Walzen gebildet sind, erzeugen hervorragende Ergebnisse, auch wenn die Beheizung nicht oder nur in geringem Umfang erfolgt.

[0018] Mit Vorteil weist eine der einen Doppelweichnip bildenden Walzen auf der Oberflächenschicht einen Überzug aus Metall, Keramik oder Kunststoff auf. Mit diesem Überzug erreicht man die Möglichkeit der Erzeugung einer noch höheren Glätte. Beispielsweise kann man auf die Oberflächenschicht eine Chromschicht aufdampfen, deren Stärke beispielsweise 120 µm beträgt. Eine derartige Chromschicht ist sehr glatt oder kann sehr glatt gemacht werden. Eine derartig überzogene Walze kann in einem Doppelweichnip eingesetzt werden, ohne daß die Materialbahn beschädigt wird. Versuche haben ergeben, daS ihr Einsatz zusammen mit einer harten Walze trotz der elastischen Oberflächenschicht unter dem Überzug zu einer Schwarzsatinage und zu einer Speckigkeit der Papierbahn führt. Anstelle einer Chromschicht kann man auch andere Metalle, keramische Materialien oder Kunststoffe verwenden.

[0019] Vorzugsweise weisen zumindest alle Mittelwalzen eine elastische Oberfläche auf. Der Kalander weist dann abgesehen vom Einlauf- und vom Auslaufspalt, nur Doppelweichnips auf. Insbesondere in Verbindung mit den glatten Oberflächen der elastischen Walzen lassen sich schon mit wenigen Doppelweichnips hervorragende Ergebnisse erzielen, so daß man auch mit wenigen Walzen auskommt. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß man die Oberwalze und die Unterwalze des Kalanders mit einer elastischen Oberfläche ausbildet. In diesem Fall können sogar alle Walzenspalte als Doppelweichnips ausgebildet sein.

[0020] Vorzugsweise sind alle Mittelwalzen gleichartig ausgebildet. Man unterscheidet also nicht mehr zwischen harten und weichen Walzen, was die Lagerhaltung ganz beträchtlich erleichtert. Natürlich können die Mittelwalzen gewisse Unterschiede aufweisen, beispielsweise im Hinblick auf den Durchmesser. Sie sind aber untereinander austauschbar.

[0021] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt:

die einzige Figur

einen Kalander.

[0022] Ein Kalander 1 weist einen Walzenstapel aus mehreren Walzen, hier sechs Walzen, auf. Im einzelnen handelt es sich um eine Oberwalze 2 an oberster Position und eine Unterwalze 3 an unterster Position. Oberwalze 2 und Unterwalze 3 können als Durchbiegeeinstellwalzen ausgebildet sein, was durch Druckschuhe 4, 5, die beispielsweise hydrostatisch arbeiten können, angedeutet ist. Zwischen der Oberwalze 2 und der Unterwalze 3 sind vier Mittelwalzen 6-9 angeordnet. Die Mittelwalzen 6-9 haben einen im wesentlichen gleichartigen Aufbau. Sie unterscheiden sich allenfalls im Durchmesser.

[0023] Jede Mittelwalze 6-9 weist eine Oberflächenschicht 10 auf, die einen Kern 11 umgibt. Der Kern 11 ist hart, d.h. er ist aus Stahl oder Guß oder einem vergleichbaren Material gebildet. Die Oberflächenschicht 10 ist aus einem Kunststoff gebildet, der elastisch ist. Die Oberflächenschicht 10 ist übertrieben dick dargestellt, um sie zu veranschaulichen. Ihre Dicke beträgt in Wirklichkeit weniger als 4 mm. In der Regel liegt ihre Dicke im Bereich von 0,02 bis 2 mm, d.h. sie kann auch als Lackschicht ausgebildet sein.

[0024] Das Material, das die Schicht 10 bildet, hat eine vorbestimmte gute Wärmeleitfähigkeit, so daß Wärme, die über Heizkanäle 12 im Kern 11 zugeführt werden, relativ schnell an die Oberfläche der Walze dringen kann. Das Vordringen der Temperatur wird auch durch die erwähnte geringe Dicke erleichtert.

[0025] Es ist dargestellt, daß alle Mittelwalzen 6-9 derartige Heizkanäle 12 aufweisen. Es ist aber nicht notwendig, daß im Betrieb auch alle Mittelwalzen 6-9 beheizt werden. Es reicht aus, wenn z.B. jede zweite Walze beheizt ist, solange sichergestellt ist, daß jeder Walzenspalt 19-21 beheizt ist.

[0026] Die zweite Mittelwalze 7 von oben weist auf der Schicht 10 noch zusätzlich einen Überzug 13 aus Metall, Keramik oder Kunststoff auf. Dieser Überzug kann noch glatter gemacht werden, als die Oberfläche der Schicht 10. Allerdings sollte pro Walzenspalt nur eine Walze mit einem derartigen Überzug vorhanden sein.

[0027] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Oberwalze 2 und die Unterwalze 3 mit "harten" Walzenmäntel 14, 15 ausgebildet. Zwischen der obersten Mittelwalze 6 und der Oberwalze 14 und zwischen der untersten Mittelwalze 9 und der Unterwalze 15 sind daher herkömmliche "weiche" Walzenspalte oder Nips 16, 17 gebildet. Eine Papierbahn 18, die durch den Kalander läuft und durch Umlenkwalzen 19 geleitet wird, liegt daher einmal mit ihrer Oberseite und einmal mit ihrer Unterseite an einer "harten" Walze, nämlich der Oberwalze 14 und der Unterwalze 15, an.

[0028] Die verbleibenden drei Walzenspalte 19-21 sind hingegen immer von zwei Walzen 6-9 begrenzt, die eine elastische Oberfläche aufweisen. Sie bilden daher Doppelweichnips 19-21. Jeder Doppelweichnip 19-21 ist beheizt.

[0029] Die Mittelwalzen 6-9 haben alle eine sehr glatte Oberfläche, d.h. unter Betriebsbedingungen übersteigt ihre mittlere Rauhigkeit Ra nicht den Wert 0,5 µm. Sie kann sogar in der Regel bei 0,1 µm oder weniger gehalten werden. Aufgrund der geringen Dicke der Schicht 10 haben die Mittelwalzen 6-9 fast das Betriebsverhalten einer harten Walze, wobei aufgrund der elastischen Oberfläche, die durch die Schicht 10 gebildet ist, Fasern der Papierbahn sich lokal in die Oberfläche eindrücken können. Im übrigen haben die Walzen 6-9 aber im Hinblick auf die Elastizität praktisch das gleiche Verhalten wie ihr Kern 11. Die Schicht 10 kann hierbei aus einem Material gebildet sein, das einen E-Modul von 4.000 N/mm² oder weniger aufweist. Die Dicke der Schicht 10 kann beispielsweise so gewählt werden, daß sie kleiner ist als die Entfernung des Schubspannungsmaximums von der äußeren Oberfläche der Schicht 10. Die Mittelwalzen können so aufgebaut sein, wie es in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 197 10 573 beschrieben ist, auf die Bezug genommen wird.

[0030] Mit einem derartigen Kalander 1 lassen sich auch bei wenigen Walzenspalten hervorragende Ergebnisse im Hinblick auf die Satinage erzielen. Die Papierbahn 18 wird nicht nur verdichtet, sie erhält aufgrund der glatten Oberflächen der "weichen" Walzen in den Doppelweichnips 19-21 gleichzeitig eine hervorragende Glätte und einen hervorragenden Glanz. Da man auf diese Weise vielfach einen oder mehrere Nips oder Walzenspalte eines herkömmlichen Kalanders einsparen kann, wird durch die Verwendung der Doppelweichnips eine beträchtliche Kosteneinsparung erzielt.

Ansprüche

1. Kalander, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn, mit einem Walzenstapel aus mindestens drei Walzen und mit mindestens einem Doppelweichnip, der durch zwei Walzen mit elastischer Oberfläche gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der den Doppelweichnip (19-21) bildenden Walzen (6-9) beheizbar ist.

2. Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Doppelweichnips (19-21) aufweist und jeder Doppelweichnip (19-21) mindestens eine beheizbare Walze (6-9) aufweist.

3. Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mindestens einer einen Doppelweichnip (19-21) bildenden Walze (6-9) eine glatte Oberfläche (22) aufweist, deren mittlere Rauhigkeit Ra unter Betriebsbedingungen den Wert 0,5 µm nicht übersteigt.

4. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (6-9) mit der elastischen Oberfläche (22) einen harten Kern (11) und eine Oberflächenschicht (10) aus einem elastischen Material aufweisen.

5. Kalander nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material eine vorbestimmte gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.

6. Kalander nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (10) sehr dünn ist.

7. Kalander nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (10) eine Dicke unter 4 mm, insbesondere im Bereich von 0,02 bis 2 mm aufweist.

8. Kalander nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (10) durch einen Kunststoff gebildet ist.

9. Kalander nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (10) als Lackschicht ausgebildet ist.

10. Kalander nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der einen Doppelweichnip (19-21) bildenden Walzen (7) auf der Oberflächenschicht (10) einen Überzug (13) aus Metall, Keramik oder Kunststoff aufweist.

11. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest alle Mittelwalzen (6-9) eine elastische Oberfläche aufweisen.

12. Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Mittelwalzen (6-9) gleichartig ausgebildet sind.

Zeichnung