Kalander

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kalander, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn (18), mit einem Walzenstapel aus mindestens drei Walzen (2, 3, 6, 7, 8, 9) und mit mindestens einem Doppelweichnip (19, 20, 21), der durch zwei Walzen (6, 7, 8, 9) mit beheizbarer, elastischer Oberfläche gebildet ist. Um die Einwirkungsmöglichkeit auf die Materialbahn zu verbessern, ist mindestens eine der den Doppelweichnip (19, 20, 21) bildenden Mittelwalzen (6, 7, 8, 9) mit einer zusätzlichen metallischen Schicht (13) mit einer Dicke unter 80 µm versehen.

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 beheizbarer, elastischer Oberfläche gebildet ist.

[0002] Ein derartiger Kalander ist beispielsweise aus EP 0 945 546 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 0 945 546 A2 bekannte Kalander weist hierbei einen Walzenstapel mit einer Oberwalze, einer Unterwalze und so genannten Mittelwalzen auf. Die Mittelwalzen sind alle identisch und beheizbar. Sie verfügen über eine glatte Oberfläche. Sie sind in der Regel als Stahl- oder Gusswalzen ausgebildet und besitzen eine elastische Oberfläche aus einem wärmeleitfähigen Material. Die glatte Oberfläche "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. Durch die "Weichheit" der Mittelwalzen wird die Papierbahn gleichmäßig verdichtet. Da ihre Oberfläche elastisch ausgebildet ist, also bis zu einem gewissen Grade nachgeben kann, wird hierbei ein Zerquetschen der Fasern der Papierbahn vermieden. Der EP 0 945 546 A2 kann entnommen werden, dass eine Beheizung der elastischen, aber gut Wärme leitenden Schicht aus dem Inneren der Walze heraus nur dann besonders günstig ist, wenn die elastische Schicht sehr dünn ist. In dieser Schrift werden erste Ansätze aufgezeigt, die elastischen Walzen auch von außen zu beheizen und mit einem metallischen Überzug zu versehen.

[0005] Aus der DE 41 26 232 A1 ist es bekannt, eine Biegeeinstellwalze für einen Single-Nip mit einem Mantel aus einer dickeren elastischen Schicht zu versehen, wobei der Mantel außen eine weitere wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Schicht besitzt. Diese Schicht kann von außen beispielsweise über Gasdüsen gekühlt werden.

[0006] In der bislang unveröffentlichten DE 10 2008 037 999 ist offenbart, eine Walze mit einer äußeren elastischen Schicht zusätzlich mit einer metallischen Spritzschicht durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen zu versehen.

[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 mit einer zusätzlichen, durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen aufgetragenen metallischen Schicht mit einer Dicke unter 80 µm versehen ist.

[0009] Vorzugsweise ist die metallische Schicht durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (High Velocity Oxy Fuel, HVOF-Verfahren) erzeugt worden. Dabei wird das aufzutragende Material mit einer höheren Temperatur und einer hohen kinetischen Energie auf die Oberfläche der Walze, d.h. auf die Oberfläche der elastischen Schicht geschleudert. Das Material erstarrt auf der Oberfläche und bildet dann die weitere Schicht. Durch das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ist man bei der Gestaltung der Oberfläche relativ frei, d.h. man kann eine relativ verschleißfeste Schicht erzeugen, die darüber hinaus den Vorteil hat, relativ glatt zu sein, so dass die Satinage einer Bahn, die durch einen mit Hilfe der Walze gebildeten Nip läuft, verbessert wird. Eine Schichtdicke unter 80 µm spart gegenüber den metallischen Überzügen aus dem Stand der Technik sehr viel Material und ist dadurch preiswerter. Auch die Herstellung einer solchen Walze ist beispielsweise gegenüber verchromten Überzügen mit kupfernem Unterbau (wie es bereits in Versuchen getestet wurde) deutlich einfacher. Bei der Verformung der so aufgebrachten metallischen Oberflächenschicht im Nip folgt die dünne Schicht ohne eigene Komprimierung, so dass die Papierbahn im Doppelweichnip praktisch den gleichen Druckspannungsverhältnissen ausgesetzt ist wie in einem Walzenspalt oder Nip mit einer herkömmlichen weichen und einer harten Walze. Was im Übrigen das Herstellverfahren für eine solche in dem erfindungsgemäßen Kalander eingesetzte elastische Walze betrifft, so sei auf die DE 10 2008 037 999 des Anmelders verwiesen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist dadurch gegeben, dass es keinen Abrieb mehr an der Oberfläche des elastischen Mantels mehr gibt. Die metallische Schicht bekommt demgemäß die Aufgabe einer Schutzschicht für den elastischen Mantel.

[0010] In einem durch die beiden Walzen mit elastischer und flammgespritzten metallischen Oberfläche, d.h. die beiden weichen Walzen, begrenzten Walzenspalt kann durch die erhöhte Temperatur von beiden Seiten Energie in die Materialbahn eingetragen werden, so dass eine gleichmäßige Verdichtung der Bahn möglich ist. Aufgrund dieser zusätzlichen Funktion handelt es sich nicht mehr um einen herkömmlichen Wechselspalt. Dieser Walzenspalt wird daher 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.

[0011] Vorzugsweise weist die Oberfläche mindestens einer einen Doppelweichnip bildenden Walze eine glatte Oberfläche auf, deren mittleren Rauhigkeit Ra unter Betriebsbedingungen den Wert 0,1 µm nicht übersteigt. Eine derartig glatte Oberfläche lässt sich in Verbindung mit einer metallischen, vorzugsweise flammgespritzen Schicht versehenen elastischen Walze realisieren. 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] Es ist günstig, wenn die flammgespritzte metallische Schicht mittels einer Außenheizung erwärmt wird. Man wird vorzugsweise kurz vor dem Nip genau die Wärmemenge in die Schicht eintragen, die anschließend von der Papierbahn abgenommen wird. Dadurch wird der Mantel unterhalb der metallischen Schicht, der in der Regel aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, von einer zu großen Erwärmung verschont. Als Außenheizungen eignen sich hervorragend Induktivheizungen oder Infrarotheizungen.

[0013] Mit besonderem Vorteil kann bei einer solchen Mittelwalze mit einer metallischen Schicht der elastische Mantel recht einfach aufgebaut sein und muss nicht wie in der EP 0 945 546 A2 mit besonders wärmeleitfähigen Einschlüssen versehen sein. Man wird in der Regel einen heute handelsüblichen, nicht beheizbaren elastischen Mantel aus Kunststoff verwenden und diesen lediglich mit einer hauchdünnen metallischen Schicht versehen. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Mantel eine Wandstärke von 10 bis 40 mm besitzt.

[0014] Vorzugsweise weisen zumindest alle Mittelwalzen zwischen Ober- und Unterwalze des Walzenstapels eine zusätzliche metallische Schicht mit einer Dicke unter 80 µm auf. Der Kalander hat dann abgesehen vom Einlauf- und vom Auslaufspalt, nur Doppelweichnips. Insbesondere in Verbindung mit den glatten Oberflächen der metallisch flammgespritzten 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.

[0015] 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.

[0016] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur einen erfindungsgemäßen Kalander.

[0017] 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.

[0018] Jede Mittelwalze 6-9 weist einen elastischen Mantel 10 auf, der einen Kern 11 umgibt. Der Kern 11 ist hart, d.h. er ist aus Stahl oder Guss oder einem vergleichbaren Material gebildet. Der elastische Mantel 10 ist aus einem Kunststoff gebildet, der relativ weich und elastisch ist. Bei ausreichender Steifigkeit des elastischen Mantels kann auf den metallischen Kern 11 ggf. verzichtet werden, so dass die Walze im Grunde aus dem elastischen Mantel 10 gebildet wird und innen hohl ist.

[0019] Der elastische Mantel weist jedoch in erfinderischer Weise eine zusätzliche metallische Schicht 13 mit einer Dicke unter 80 µm auf. Zur Herstellung und Beschaffenheit der Schicht sei auf die 10 2008 037 999 verwiesen. Diese Sritzschicht 13 kann noch glatter gemacht werden, als der elastische Mantel 10. Die Glätte entspricht der einer herkömmlichen harten Kalanderwalze, aber dennoch ist die Walze elastisch geblieben. Die metallische Schicht ist auch eine Schutzschicht für den elastischen Mantel.

[0020] Das Material, das die metallische Schicht 13 bildet, hat eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass Wärme, die über eine Außenheizung 23 zugeführt wird, sich rasch auf ein gleichmäßiges Temperaturniveau verteilt. Damit der unter der Schicht 13 liegende elastische Mantel 10 nicht zu stark erhitzt wird, sind im elastischen Mantel oder im Kern der Walzen Kühlleitungen 12 vorgesehen. Optimal ist allerdings, wenn der metallischen Schicht 13 durch die Außenheizung 23 genau so viel Wärme zugeführt wird wie einerseits an die Bahn 18 und andererseits durch Konvektion und Strahlung der Walze (6 -9) an die Umgebung abgegeben wird. Zumindest soll das durch die Kühlleitung 12 strömende Medium dafür sorgen, dass die Temperaturdifferenz zwischen Mantel 10 und Kern 11 nicht zu groß wird. Ein Temperaturbereich des Mediums zwischen 40 und 80°C ist hier vorteilhaft.

[0021] Es ist dargestellt, dass alle Mittelwalzen 6-9 derartige Kühlkanäle 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 Doppelweichnip 19-21 beheizt ist.

[0022] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Oberwalze 2 und die Unterwalze 3 mit "harten" Walzenmänteln 14, 15 ausgebildet. Zwischen der obersten Mittelwalze 6 und der Oberwalze 2 und zwischen der untersten Mittelwalze 9 und der Unterwalze 3 sind daher herkömmliche "weiche" Walzenspalte oder Nips 16, 17 gebildet. Eine Papierbahn 18, die durch den Kalander läuft und durch Umlenkwalzen 22 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.

[0023] Die verbleibenden drei Walzenspalte 19-21 sind hingegen immer von zwei Walzen 6-9 begrenzt, die eine elastische, mit einer metallischen Schicht 13 versehene Oberfläche aufweisen. Sie bilden daher Doppelweichnips 19-21. Jeder Doppelweichnip 19-21 ist durch Außenheizungen 23 beheizt. Als Außenheizungen haben sich beispielsweise Induktivheizungen oder Infrarotheizungen bewährt.

[0024] 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 metallischen Schicht 13 haben die Mittelwalzen 6-9 fast das Betriebsverhalten einer weichen Walze, wobei aufgrund der elastischen Oberfläche, die durch den elastischen Mantel 10 gebildet ist, Fasern der Papierbahn nicht zerdrückt werden. Der elastische Mantel 10 kann hierbei aus einem Material gebildet sein, das einen E-Modul von 7.000 N/mm² oder weniger aufweist. Die Mittelwalzen können auch so aufgebaut sein, wie es in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 197 10 573 beschrieben ist und dann mit einer metallischen Spritzschicht versehen sein.

[0025] Mit einem derartigen Kalander 1 lassen sich auch bei wenigen Doppelweichnips 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.

[0026] Wenn alle Mittelwalzen 7 - 9 vollkommen gleichartig ausgebildet sind, was bei dem erfindungsgemäßen Kalander durchaus realisierbar ist, so spart sich der Betreiber des Kalanders die aufwändige Ersatzteilhaltung von elastischen und harten Walzen.

[0027] Die Erfindung soll selbstverständlich nicht ausschließen, dass auch die Ober- und Unterwalze (2, 3) einen elastischen Mantel besitzt, der ebenfalls mit einer metallischen Schicht versehen sein kann.

Bezugszeichenliste

[0028] 

1

Kalander

2

Oberwalze

3

Unterwalze

4

Druckschuhe

5

Druckschuhe

6

Mittelwalze

7

Mittelwalze

8

Mittelwalze

9

Mittelwalze

10

elastischer Mantel

11

Kern

12

Kühlleitung

13

metallische Schicht

14

Oberwalze

15

Unterwalze

16

Nip

17

Nip

18

Papierbahn

19

Doppelweichnip

20

Doppelweichnip

21

Doppelweichnip

22

Umlenkwalze

23

Außenheizung

Ansprüche

1. Kalander, insbesondere zur Behandlung einer Papierbahn (18), mit einem Walzenstapel aus mindestens drei Walzen (2, 3, 6, 7, 8, 9) und mit mindestens einem Doppelweichnip (19, 20, 21), der durch zwei Walzen (6, 7, 8, 9) mit beheizbarer, elastischer Oberfläche gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der den Doppelweichnip (19, 20, 21) bildenden Mittelwalzen (6, 7, 8, 9) mit einer zusätzlichen metallischen Schicht (13) mit einer Dicke unter 80 µm versehen ist.

2. Kalander gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht (13) eine der Spritzschicht, insbesondere eine durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen hergestellte Spritzschicht, ist.

3. Kalander gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Schicht (13) einen Ra-Wert von unter 0,1 µm besitzt.

4. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe des Doppelweichnips (19, 20, 21) eine Außenheizung (23) installiert ist.

5. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des elastischen Mantels (10) 10 bis 40 mm beträgt.

6. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Walzen des Doppelweichnips (19, 20, 21) mit einer zusätzlichen metallischen Spritzschicht (13) mit einer Dicke unter 80 µm versehen sind.

7. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest alle Mittelwalzen (6, 7, 8, 9) zwischen Ober- und Unterwalze (2, 3) des Walzenstapels eine zusätzliche metallische Schicht (13) mit einer Dicke unter 80 µm aufweisen.

8. Kalander gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mittelwalzen (6, 7, 8, 9) gleichartig ausgebildet sind.

Zeichnung