[0001] Die Erfindung betrifft einen Kalander mit einem Bahnlaufpfad für eine laufende Papier-
oder Kartonbahn durch einen ersten und einen zweiten, jeweils eine erste und eine
zweite umlaufende Kontaktflächen aufweisenden Nip, wobei die Bahn in den Kontaktzonen
jedes Nips unter Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung behandelbar ist und die
erste Kontaktzone des ersten Nips eine Länge in Bahnlaufrichtung von mindestens 100
mm aufweist und die zweite Kontaktzone des zweiten Nips eine Länge in Bahnlaufrichtung
von höchstens 50 mm aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche des ersten und eine erste
Kontaktfläche des zweiten Nips identisch sind und zu einer Zentralwalze gehören und
die zweite Kontaktfläche des zweiten Nips durch eine zweite Walze gebildet ist.
[0002] In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Methoden entwickelt, mit denen sich
eine Warenbahn aus Papier oder Karton mittels eines sogenannten Breitnipkalanders
glätten lässt. Dabei wird die Kontaktzone, in der die Warenbahn geglättet wird, nicht
durch zwei gegeneinander gepresste feste Walzen erzeugt, sondern es wird ein Aggregat
installiert, welches es erlaubt, in Laufrichtung der Warenbahn, der sogenannten Maschinenrichtung
oder MD (= machine direction), einen verlängerten Nip beispielsweise größer als 100
mm, zu erzeugen. Alle Verfahren haben zum Ziel, den positiven Effekt der Verbesserung
der Oberflächenqualität der Bahn zu erreichen, und gleichzeitig den dabei auftretenden,
unerwünschten Dickenverlust zu minimieren, sinnvollerweise auf einen derartigen Wert,
der kleiner ist als bei einem konventionellen Walzenkalander.
[0003] Der verlängerte Nip kann an einer Walze erreicht werden, indem man ein zusätzliches
elastisches Band einsetzt, das die Walze teilweise umschlingt, um die Kontaktzone
zu verlängern. Das Band kann aus einem Kunststoff oder einem Metall bestehen. Oder
man erzeugt den verlängerten Nip durch eine sogenannte Schuhwalze, bei der ein statisches,
konkav geformtes und von einem weichen, rotierenden Mantel umhülltes Element gegen
die Walze gepresst wird.
[0004] Eine kurze Kontaktzone in einem Walzenkalander wirkt im Vergleich zur langen Kontaktzone
bei einem Breitnipkalander deutlich anders auf die Warenbahn.
[0005] Grundsätzlich gibt es vier wesentliche Einflussfaktoren auf die Satinage einer Warenbahn.
Dies sind die Druckspannung im Nip, die übertragene Wärme, die Oberflächengüte der
Kontaktflächen mit der Bahn und die eingeschlossene Feuchtigkeit in der Bahn. Dabei
zeichnen sich kürzere Nips durch einen positiven Einfluss auf die Makrorauigkeit (langwellige
Dickenschwankungen) aus, die vorwiegend auf die Messmethode Bendtsen Bezug nimmt.
Dagegen haben lange Nips eine größere Wirkung bei der Verbesserung der Mikrorauigkeit,
die über die Glättemessung PPS s10 beschrieben wird.
[0006] Es ist leicht verständlich, dass man über einen Breitnip aufgrund der längeren Verweilzeit
eine größere Wärmemenge in die Bahn einbringen kann. Dadurch wird allerdings auch
die Gefahr einer plötzlichen und zerstörerisch auf die Warenbahn wirkenden Verdampfung
nach dem Nip vergrößert. Es ist auch verständlich, dass in einer kürzeren Kontaktzone
größere Druckkräfte eingeleitet werden können, die zwar der Warenbahn in der Regel
einen höheren Glanz und eine bessere Glätte verleihen, im Grundsatz aber auch unerwünschte
Dickeverluste zufügen. Insbesondere in Mehrwalzenkalandern wird eine Papier- oder
Kartonbahn deutlich komprimiert.
[0007] Die Erfindung hat einen Kalander zum Inhalt, an dessen Zentralwalze sowohl ein breiter
als auch ein schmaler Nip angeordnet sind. Eine solche Anordnung ist beispielsweise
aus der
DE102007024581 A1, und hier insbesondere aus den Figuren 1 und 3 bekannt. Zur Erzeugung des längeren
Nips wird ein die Walze teilweise umschlingendes Metallband genutzt. Der kurze Nip
wird durch eine Gegenwalze gebildet. Der Nachteil bei der dargestellten Anordnung
ist der, dass zwei längere Nips eingesetzt werden, von denen der zweite einen möglichst
geringen Wärmeeintrag in die Bahn verursachen soll, indem das Band, das die zweite
Kontaktfläche des dritten Nips bildet, gekühlt wird. Somit soll es nicht zu einer
sogenannten Flashverdampfung kommen. Da die Bahn aber weiterhin an der heißen Zentralwalze
anliegt, ist dieser Wunsch nur mit einer energietechnisch unvorteilhaft hohen Kühlleistung
auf das Band zu realisieren.
[0008] Aus der
WO 2009/077643 A1 ist ein Metallbandkalander bekannt, der mit seinem Metallband einen längeren Nip
an einer Zentralwalze darstellt. An der Zentralwalze liegt gegenüber dem Band auch
eine zweite Walze an und beide Walzen zusammen bilden einen weiteren Nip für die Bahn.
Die zweite Walze ist eine nicht temperierbare Walze mit einer elastischen Oberfläche.
Bei dieser Konstellation ist ein Einfluss der Druckgebung der den kürzeren Nid bildenden
zweiten Walze auf die Druckverteilung im längeren, durch das Band gebildeten Nip unvermeidbar.
Umgekehrt verleihen selbst geringe Änderungen im Dickenprofil des Bandes und die daraus
resultierenden Druckimpulse auf die Zentralwalze einen negativen Einfluss auf das
Druckquerprofil in dem kürzeren Nip gegenüber.
[0009] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kalander, der über einen langen und einen
kurzen Nip an einer Zentralwalze verfügt, gegenüber dem Stand der Technik so zu verbessern,
dass eine Ausnutzung der Satinageparameter Druck und Temperatur in beiden Nips unabhängiger
voneinander ist als zuvor und die Bahn vielseitiger behandelt werden kann.
[0010] Die Aufgabe wird durch die Kombination von zwei Kennzeichen erfüllt.
[0011] Zunächst - erstes Kennzeichen - verläuft der Bahnlaufpfad derart, dass die Bahn wenigstens
über einen Umschlingungswinkel von 50°, vorzugsweise wenigstens 70°, an der zweiten
Walze, die temperierbar ausgeführt ist, anliegt. Man schafft sich auf diese Weise
die Möglichkeit vor bzw. nach dem zweiten Nip und in dem zweiten Nip die Bahn einseitig
nach Belieben zu kühlen oder zu heizen. Gängige Methoden zur Beheizung der Walze sind
dem Fachmann bekannt und umfassen das innere Durchströmen mit heißen Temperierfluiden
sowie die Außenbeheizung durch Induktion oder Heißluft. Ebenso sind Kühlverfahren
der Walze bekannt, die das Durchströmen der Walze mit gekühlten Fluiden und das Anblasen
mit gekühlter Luft einschließen.
[0012] Das zweite Kennzeichen sieht vor, dass die Wirkebenen der beiden Nips, die jeweils
durch die Kontaktzonenmitte in Bahnlaufrichtung und die Mittelachse der Zentralwalze
definiert sind, im Winkel von 75° bis 105° zueinander stehen. Damit kann nahezu jeder
Einfluss einer Druckänderung im ersten oder zweiten Nip auf den jeweils anderen ausgeschlossen
werden.
[0013] Man erhält so einen Kalander mit einem breiten ersten Nip und einem kurzen zweiten
Nip in besonders kompakter Bauform. Dennoch sind Druck und Temperatur in den beiden
Nips weitgehend unabhängig voneinander einstellbar.
[0014] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wirkebenen im Winkel von 90° zueinander stehen.
Die Druckrichtung in einem Nip hat dann überhaupt keine Bedeutung mehr für die Einstellung
des Druckquerprofils im anderen Nip. Unter Druckquerprofil ist hier das Druckprofil
zu verstehen, das senkrecht zur Bahnlaufrichtung eingestellt wird.
[0015] Vorzugsweise ist die Zentralwalze ebenfalls temperierbar. Auf diese Weise wird die
Möglichkeit geschaffen, auch die andere Bahnseite entsprechend zu heizen oder zu kühlen.
Die Temperierung der Bahnseite, die an der Zentralwalze anliegt, kann die Satinageleistung
steigern.
[0016] Es ist vorteilhaft, wenn die zweite Kontaktfläche des ersten Nips durch ein umlaufendes
Band gebildet wird. Ein solches Band kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder
aus Stahl gefertigt sein. Es umläuft im einfachsten Fall drei Leitwalzen und liegt
über einen Umfangsabschnitt an der Zentralwalze an, so dass eine lange Kontaktzone
und somit ein langer Nip für die Bahn gebildet wird. Über eine Verstellbarkeit der
Leitwalzen kann die Länge der Kontaktzone und der Anlagedruck des Bandes veränderbar
gestaltet werden.
[0017] Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass die zweite Kontaktfläche des ersten Nips durch
ein temperierbares Metallband gebildet wird. Dadurch entsteht eine dritte Einflussnahmemöglichkeit
auf die Temperatur der Bahn. Ein Metallband ist bedeutend einfacher temperierbar als
ein typischerweise mit geringer Wärmeleitfähigkeit ausgestattetes und zudem isolierendes
Kunststoffband. Auch hier kommen Induktionsvorrichtungen und Anblasvorrichtungen in
Frage. Je nachdem, ob die Bahn ein- oder zweiseitig geglättet werden soll, kann neben
der Beheizung der zweiten Walze entweder das Metallband oder die Zentralwalze auf
erhöhte Temperatur gebracht werden. Im ersten Fall ist zu überlegen, ob man die Zentralwalze
mit einem elastischen Belag versieht, so dass der zweite Nip ein Softnip ist. Das
verbessert die gleichmäßige Verdichtung der Bahn. Im zweiten Fall kann auf den Vorteil
der Beheizbarkeit des Bandes ggf. verzichtet werden und das Band durch eine Schuhwalze
mit elastischem Mantel ersetzt werden.
[0018] Es gibt zwei Möglichkeiten, den Kalander zu durchfahren. Alternativ kann der Bahnlaufpfad
so gestaltet sein, dass die Zentralwalze in Bahnlaufrichtung vor oder hinter der zweiten
Walze angeordnet ist. Hier muss der Fachmann von Fall zu Fall entscheiden, je nachdem
um welche Papier- oder Kartonsorte es sich handelt, die satiniert werden soll.
[0019] Wenn das Band die Zentralwalze unter einem Umschlingungswinkel von mehr als 50°,
vorzugsweise wenigstens 70°, berührt und die Wärmeübertragung an der zweiten Walze
möglichst hoch sein soll, so ist es günstig, wenn der Bahnlaufpfad die Zentralwalze
und die zweite Walze S-förmig anliegend umschlingt. Es bleibt, zur Gestaltung des
Kalanders die Achsen von Zentralwalze und zweiter Walze in eine waagrechte, senkrechte
oder unter jedem anderen Winkel geneigte Ebene zu legen.
[0020] Es ist vorteilhaft, wenn der Bahnlaufpfad in beide Richtungen durchfahrbar ist. Das
ermöglicht eine freiere Auswahl in der zu behandelnden Papierqualität. Es gibt Papier-
und Kartonsorten, die bevorzugt zunächst über einen großen Umschlingungswinkel an
der beheizten zweiten Walze anliegen, um gut durchwärmt zu werden, dann zur Kalibrierung
durch einen Soft- oder Hartnip geführt werden und schließlich an einem beheizten Metallband
veredelt werden sollen. Es gibt auch auf der anderen Seite Papier- und Kartonsorten,
die beispielsweite im langen ersten Nip beidseitig erwärmt geglättet, danach in einem
kurzen Nip verdichtet und schließlich an der zweiten Walze abgekühlt werden sollen.
Insgesamt bietet der erfindungsgemäße Kalander hier zahlreiche Möglichkeiten einer
Bahnbehandlung.
[0021] Einen besonderen Vorteil besitzt der Kalander, wenn er im Einlauf der Bahn eine Befeuchtungseinrichtung
aufweist. Eine befeuchtete Papier- oder Kartonbahn lässt sich hochwertiger satinieren.
Dabei sind im Stand der Technik sowohl Düsenfeuchter, die sich durch sehr kleine Tröpfchengrößen
auszeichnen, die rasch in die Bahn eindringen können, als auch Dampffeuchter bekannt,
die wesentlich größere Wassermengen auf der Bahn kondensieren lassen können und dem
dem Fachmann bekannten Moisture Gradient Calendering sehr zuträglich sind.
[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders mit einem
Bahnlaufpfad von der Zentralwalze zur zweiten Walze und
Figur 2 eine schematische Darstellung des gleichen erfindungsgemäßen Kalanders mit
einem Bahnlaufpfad von der zweiten Walze zur Zentralwalze.
[0023] In beiden Figuren erkennt man einen erfindungsgemäßen Kalander 1 mit einer Zentralwalze
11, deren Oberfläche eine umlaufende Kontaktfläche 4.1, 5.1 darstellt. In einem ersten
Nip 4 wird mit einer weiteren umlaufenden Kontaktfläche 4.2 eine erste Kontaktzone
gebildet.
[0024] Um 90° versetzt auf dem Umfang der Zentralwalze wird mittels der Kontaktfläche 5.2
einer zweiten Walze 12 eine zweite Kontaktzone 7 gebildet, die einen zweiten Nip 5
darstellt.
[0025] Die erste Kontaktzone 6 ist über 100 mm lang (in Umfangsrichtung), die zweite Kontaktzone
7 ist unter 50 mm lang.
[0026] Ein Bahnlaufpfad 3 bestimmt den Weg, auf dem eine Papier- oder Kartonbahn 2 durch
den Kalander 1, insbesondere durch die Kontaktzonen 6, 7 geführt wird. In den Kontaktzonen
6, 7 wird die Bahn 2 mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt.
[0027] Im ersten Nip 4 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel die zweite Kontaktfläche 4.2 durch
die Oberfläche eines umlaufenden Metallbandes 13 vorgegeben. Stattdessen können aber
auch Kunststoffbänder oder eine ebenfalls im Stand der Technik bekannte Schuhwalze
eingesetzt werden, denn auch diese vermögen eine Kontaktzonenlänge über 100 mm herzustellen.
Der Anlagedruck in diesem ersten langen Nip liegt in der Regel zwischen 0,05 und 5
N/mm
2.
[0028] Das Metallband wird über Bandleitwalzen 14 geführt. Diese besitzen eine Verstellvorrichtung
(angedeutet an zwei Bandleitwalzen durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 20). Je nachdem
welche der Bandleitwalzen 14 solch eine Verstellvorrichtung 20 besitzen, kann über
diese die Kontaktzonenlänge verändert und der Anlagedruck des Metallbandes 13 an der
Zentralwalze 11 bestimmt werden.
[0029] Um die Bahn 2 in der langen ersten Kontaktzone 6 beidseitig mit Wärme zu beaufschlagen,
kann sowohl die Zentralwalze 11, beispielsweise von innen über ein Heizfluid, als
auch das Metallband 13, beispielsweise über eine Induktionsheizung 18.1, beheizt sein.
[0030] Auch der zweiten Walze 12 kann man Wärmeenergie zu- oder abführen; sie ist also temperierbar
ausgeführt. In der Figur 1 ist durch den Kasten 18.2 beispielsweise eine Induktionsheizung
oder ein Kühlgebläse dargestellt. Genauso gut kann die Walze 12 von innen über ein
Wärmeträgerfluid temperierbar sein. Für die Behandlung der Warenbahn bleiben hier
viele Einflussmöglichkeiten, weil die Bahn 2 die zweite Walze mindestens 50°, vorzugsweise
wenigstens 70°, umschlingt. Über einen derart großen Umfangsabschnitt kann der Bahn
sehr viel Wärme zugefügt oder entzogen werden. In der Figur 1 ist der Umschlingungswinkel
durch den Pfeil 16 angedeutet.
[0031] Oft ist es sinnvoll, wenn eine der Walzen 11, 12 eine Beschichtung 17 aufweist. Aus
technologischen Gründen kommt hier beispielsweise eine elastische Beschichtung in
Frage. So könnte der zweite Nip 5 zu einem weichen Nip werden, wenn die zweite Walze
eine elastische Beschichtung 17 aufweist. Es ist aber wahlweise auch möglich, die
Walze 12 mit einer besonders gut Wärme leitenden Beschichtung 17 zu versehen. Es ist
vorteilhaft, wenn die Druckspannung im zweiten Nip 5 deutlich über der im ersten Nip
4 liegt, besonders bevorzugt im Bereich 10 bis 30 N/mm
2.
[0032] Fast alle Papier- und Kartonqualitäten lassen sich leichter glätten, wenn dem Kalander
1 eine Befeuchtungseinrichtung 19 vorgeschaltet ist. Zu dem bekannten Effekt des Temperature
Gradient Calendering gesellt sich dann der bekannte Effekt des Moisture Gradient Calendering.
Dieser bewirkt, dass nur die feuchte Oberfläche eingeebnet wird, während das innere
Volumen der Bahn 2 weitgehend erhalten bleibt.
[0033] Für beide Nips ist eine sogenannte Wirkebene 8, 9 definiert. Die Ebenen werden jeweils
durch die Mitte des Nips in Umfangsrichtung und die Mittelachse der Zentralwalze 11
gelegt. Damit die Anlagedrücke in den Kontaktzonen 6, 7 sich gegenseitig möglichst
wenig beeinträchtigend auf das jeweilige Druckprofil auswirken, ist der Winkel 21
zwischen den beiden Wirkebenen nicht kleiner als 75° und nicht größer als 105°. Vorzugsweise
liegt er verständlicherweise bei 90°.
[0034] Der große Unterschied zwischen den beiden Figuren 1 und 2 liegt in der Bahnlaufrichtung
10. In Figur 1 läuft die Bahn zuerst durch die lange erste Kontaktzone 6, anschließend
durch die kurze zweite Kontaktzone 7 und liegt dann noch in einem insgesamt S-förmigen
Bahnlaufpfad 3 an der zweiten Walze 12 an. In Figur 2 wird der gleiche Kalander 1
verwendet. Die Bahn 2 wird jedoch über Bahnumlenkwalzen 15 zunächst, wiederum S-förmig,
in Kontakt mit der zweiten Walze 12 gebracht, durchläuft dann die kurze zweite Kontaktzone
7 und wird schließlich in einer langen ersten Kontaktzone 6 endbehandelt. Es sei erwähnt,
dass eine in nicht dargestellter Weise vorgesehene Luftabquetschvorrichtung, die dafür
sorgt, dass keine Luftgrenzschicht zwischen Bahn 2 und der Oberfläche der zweiten
Walze 12 mit eingezogen wird, sehr vorteilhaft sein kann, um den Wärmeübergangswert
zwischen Bahn 2 und Walze 12 zu erhöhen. Die Fahrweise ist in starkem Maße von der
Papier- bzw. Kartonsorte abhängig.
[0035] Es ist selbstverständlich auch möglich mehrere der Kalander hintereinander anzuordnen,
um auf diese Weise beispielsweise beide Bahnseiten einmal an einer Zentralwalze anliegen
zu haben. So kann die Satinagearbeit intensiviert werden.
Bezugszeichenliste
[0036]
- 1
- Kalander
- 2
- Papier- oder Kartonbahn (kurz: Bahn)
- 3
- Bahnlaufpfad
- 4
- erster Nip
- 4.1, 4.2
- Kontaktflächen des ersten Nip
- 5
- zweiter Nip
- 5.1, 5.2
- Kontaktflächen des zweiten Nip
- 6
- erste Kontaktzone
- 7
- zweite Kontaktzone
- 8
- Wirkebene erster Nip
- 9
- Wirkebene zweiter Nip
- 10
- Bahnlaufrichtung
- 11
- Zentralwalze
- 12
- zweite Walze
- 13
- Band, Metallband
- 14
- Leitwalze Band
- 15
- Leitwalze Bahn
- 16
- Umschlingungswinkel
- 17
- Beschichtung
- 18.1, 18.2
- Induktionsheizung oder Kühlgebläse
- 19
- Befeuchtungseinrichtung
- 20
- Verstellvorrichtung
- 21
- Winkel zwischen den Wirkebenen
1. Kalander mit einem Bahnlaufpfad (3) für eine laufende Papier- oder Kartonbahn (2)
durch einen ersten und einen zweiten, jeweils eine erste und eine zweite umlaufende
Kontaktfläche (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) aufweisenden Nip (4, 5), wobei die Bahn (2) in
den Kontaktzonen (6, 7) jedes Nips (4, 5) unter Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung
behandelbar ist und die erste Kontaktzone (6) des ersten Nips (4) eine Länge in Bahnlaufrichtung
(10) von mindestens 100 mm aufweist und die zweite Kontaktzone (7) des zweiten Nips
(5) eine Länge in Bahnlaufrichtung (10) von höchstens 50 mm aufweist, wobei eine erste
Kontaktfläche (4.1) des ersten Nips (4) und eine erste Kontaktfläche (5.1) des zweiten
Nips (5) identisch sind und zu einer Zentralwalze (11) gehören und die zweite Kontaktfläche
(5.2) des zweiten Nips (5) durch eine zweite Walze (12) gebildet ist,
und wobei
a) der Bahnlaufpfad (3) derart verläuft, dass die Bahn (2) wenigstens über einen Umschlingungswinkel
(16) von 50°, vorzugsweise wenigstens 70°, an der zweiten Walze (12), die temperierbar
ausgeführt ist, anliegt und
b) die Wirkebenen (8, 9) der beiden Nips(4, 5) , die jeweils durch die Kontaktzonenmitte
in Bahnlaufrichtung (10) und die Mittelachse der Zentralwalze (11) definiert sind,
im Winkel (21) von 75° bis 105° zueinander stehen.
2. Kalander gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkebenen (8, 9) im Winkel (21) von 90° zueinander stehen.
3. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwalze (11) temperierbar ist.
4. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfläche (4.2) des ersten Nips (4) durch ein umlaufendes Band (13)
gebildet wird.
5. Kalander gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfläche (4.2) des ersten Nips (4) durch ein temperierbares Metallband
(13) gebildet wird.
6. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwalze (11) in Bahnlaufrichtung (10) vor der zweiten Walze (12) angeordnet
ist.
7. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Walze (12) in Bahnlaufrichtung (10) vor der Zentralwalze (11) angeordnet
ist.
8. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnlaufpfad (3) die Zentralwalze (11) und die zweite Walze (12) S-förmig anliegend
umschlingt.
9. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnlaufpfad (3) in beide Richtungen durchfahrbar ist.
10. Kalander gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Bahnlaufrichtung (10) vor dem Kalander (1) eine Befeuchtungseinrichtung (19) angeordnet
ist.