Umbauverfahren eines Mehrwalzenkalanders

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umbau eines Mehrwalzenkalanders, mit einem Walzenstapel, in dem sich bis auf einen Wechselspalt zwischen zwei Walzen mit elastischer Oberfläche Walzen mit harter, glatter und beheizbarer Oberfläche mit Walzen elastischer Oberfläche abwechseln und jeweils zwei benachbarte Walzen Arbeitsspalte bilden, in denen eine Papierbahn behandelbar ist, und in dem die Ober- und die Unterwalze durchbiegungssteuerbare Walzen sind.

[0002] Die Walzenstapel heutiger Mehrwalzenkalander besitzen eine Walzenzahl zwischen 5 und 14 Walzen, deren Stapelebene, die durch die waagrecht liegenden Achsen der Walzen festgelegt ist, in der Regel senkrecht oder, wie bei der Anmelderin häufig, unter einem Winkel von 45° angeordnet ist. Diese Kalander werden online, das heißt ohne Zwischenwicklung in der Produktionsreihe der Papiermaschine angeordnet, oder offline, mit eigener Auf- und Abrollung neben der Papiermaschine aufgestellt. Die Nips, auch Walzenspalte genannt, das sind die Kontaktflächen, mit denen die Walzen zusammenwirkend die Papierbahn behandeln, werden hierbei jeweils von einer glatten, harten und beheizbaren Walze sowie einer elastischen, in der Regel polymer bezogenen Walze gebildet. Die einzige Ausnahme ist der sogenannte Wechselspalt, der aus zwei elastischen Walzen besteht.

[0003] Unter einer harten Walze sind diejenigen Walzen zu verstehen, deren Stahl- oder Hartgussmantel etwa 50 bis 200 mm dick und sehr steif ist und dabei mit einer glatten metallischen oder keramischen Oberfläche versehen ist. Die Oberflächenrauigkeit liegt unter einem Ra-Wert von 0,1 µm. Die Walzen sind beheizbar, was häufig mittels eines die Walze durchströmenden Wärmeträgerfluids erfolgt. Die elastischen Walzen können unterschiedliche Ausprägungen haben. Entweder ist ein Mantel aus Metall vorgesehen, der einen elastischen Oberflächenbezug, beispielsweise aus Polymer, Gummi oder Baumwolle besitzt, oder der gesamte rotierende Mantel ist aus einem elastischen Kunststoffmaterial in Form eines Verbundwerkstoffes gebildet.

[0004] Die beschriebenen Walzenspalte gewährleisten bei der Satinage auch unter relativ hohen Drücken und Temperaturen durch die Elastizität der elastischen Walzen eine gleichmäßige Verdichtung der Papierbahn, was für gute Bedruckbarkeitseigenschaften in allen gängigen Druckverfahren Voraussetzung ist.

[0005] Aus der DE 195 08 352 A1 ist es bekannt, in derartigen Kalandern für höherwertige Papiere elastische Walzen einzusetzen, die bei Durchlauf einer Störstelle durch den Nip ein gutes Rückstellvermögen für die Verformungen aufweisen, so dass die Qualität des Papiers weniger beeinträchtigt wird. Dadurch kann gegenüber herkömmlichen Kalandern auf eine Anzahl von Walzenspalten verzichtet werden.

[0006] In der EP-A- 1 557 490 ist eine Erweiterung der Behandlungsmöglichkeiten in einem Mehrwalzenkalander vorgestellt. Dazu wird in einem Endnip eine harte durch eine weiche Walze ersetzt.

[0007] Die Glättwirkung der Walzenspalte ist grundsätzlich einseitig, das heißt, dass auf der Papierbahnseite, die in Kontakt mit der harten, glatten und beheizbaren Walze kommt, die Glanz- und Glätteentwicklung signifikant größer ist als auf der anderen, die mit der nicht beheizbaren, polymerbezogenen Walze in Kontakt kommt. Diese Zweiseitigkeit in der Glättwirkung der elastischen Nips wird hierbei umso größer, je höher Druck und Temperatur gewählt werden, das heißt je mehr Satinageleistung erforderlich ist. Gerade bei den oben beschriebenen Papiersorten ist diese sehr hoch.

[0008] Bereits im Jahr 1989 wurde in der DE 3937246 A1 darüber nachgedacht, auch die elastischen Walzen durch wärmeleitendes Füll- oder Deckmaterial beheizbar zu machen, um die Effektivität des Kalanders zu erhöhen. Erfindungsgemäß sah man dort die Möglichkeit, die elastische Walze auf 200 bis 300°C aufzuheizen. Die Herstellung einer solchen Walze ist aber selbst mit den Möglichkeiten, die 20 Jahre später gegeben sind, nicht realisierbar, so dass dies wahrscheinlich der Grund ist, warum das beschriebene Satinageverfahren und die beschriebene Walze bislang nie zur Anwendung kamen. Zu berücksichtigen ist hier auch, dass so genannte Superkalander, in denen die besagte Walze anstelle von elastischen Walzen eingebaut werden sollte, damals 12 Walzen haben mussten, wenn man in der Mitte des Walzenstapels seinen Wechselspalt behalten wollte, denn es war zu dem Zeitpunkt noch nicht möglich, eine durchbiegungssteuerbare Ober- oder Unterwalze mit einem elastischen Belag zu versehen. Insofern ließ sich ein Walzenstapel sowieso nur auf 10 Walzen reduzieren, wenn das zu satinierende Papier von vornherein stark zweiseitig war und man diese Zweiseitigkeit durch den Versatz des Wechselspaltes kompensieren wollte.

[0009] Moderne Mehrwalzenkalander für sehr hohe Papierqualitäten sind demgegenüber mit üblicherweise 10 Walzen ausgestattet, wobei der Wechselspalt genau in der Mitte des Walzenstapels angeordnet ist und die unterste sowie die oberste Walze im Stapel einen Polymerbezug aufweist und als Biegeausgleichwalze ausgestaltet ist. Mit dieser Anordnung können beide Papierbahnseiten mit jeweils vier Nips satiniert werden, das heißt, jede Papierbahnseite hat viermal Kontakt mit einer harten, glatten und beheizten Walze. Durch die Positionierung des Wechselspaltes in Stapelmitte werden eine symmetrische Anordnung und somit auch eine symmetrische, für beide Papierbahnseiten nahezu gleiche Satinagewirkung erzielt.

[0010] Nachteilig ist hierbei insbesondere die mehr oder weniger einseitige Glättwirkung der einzelnen Nips, die eine große Anzahl von Kalanderwalzen erforderlich macht, was den Kalander nicht nur verteuert, sondern auch den reibungslosen Betrieb derartigen Maschinen erschwert. Polymerbeschichtete Walzen haben einen hohen Verschleiß, neigen zu einem sogenannten "barring" (wellige Oberfläche durch pulsierenden Verschleiß) und müssen daher häufig gewechselt werden. Dies reduziert in einer Online-Installation den Gesamtwirkungsgrad der Papiermaschine entscheidend. Auch im Falle der Offline-Installation wird die Verfügbarkeit des Kalanders signifikant reduziert.

[0011] Bei einer großen Walzenanzahl (z. B. 10) neigt der Kalander unter verschiedenen Produktionsbedingungen zu Vibrationen, so dass gewünschte Produktionsparameter (Geschwindigkeit, Druck u.s.w.) verändert werden müssen.

[0012] In sogenannten Glättwerken, die auch vielwalzig ausgestaltet sein können, werden nur harte, metallische Walzen verwendet. Diese harten Nips, in denen beide Papierbahnseiten gleichermaßen geglättet werden, können zur Satinage der oben angesprochenen Qualitäten allerdings nicht eingesetzt werden.

[0013] Es ist die Aufgabe der Erfindung, hochwertige Papiersorten, ganz besonders Woodfree Coated-Papiere (WFC) mit einem Glanz nach Gardner größer 75% oder Naturtiefdruckpapiere (SCA) mit einem pps-1 Os-Rauhigkeitswert unter 1,15 µm oder filmgestrichene Light-Weight-Coated-Papiere (LWC) mit einem Glanz nach Gardner über 55%, mit weniger Walzen satinieren zu können, als es der aktuell notwendigen Walzenzahl, entspricht. Für die aufgeführten Qualitäten ist das heutzutage beispielsweise ein Standard von mindestens 10 Walzen in einem Stapel oder 2 x 5 Walzen in zwei Stapeln bei einer Geschwindigkeit von über 1400 m/min für die Bahn.

[0014] Die Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass man die Ober- und Unterwalze mit einem Mantel mit einem elastischen Belag versieht, wenn sie eine harte Oberfläche aufweisen, bzw. die Ober- und Unterwalze mit einem Mantel mit harter, glatter Oberfläche versieht, wenn sie einen elastischen Belag aufweisen, weiterhin wenigstens eine Walze mit elastischem Belag mit einer metallischen Spritzschicht versieht und weiterhin die zweite Walze und vorletzte Walze aus dem Walzenstapel entfernt. Durch die Änderung der Ober- und Unterwalze in die jeweils andere Walzenkategorie, das heißt hart in weich bzw. umgekehrt, bleibt der Wechselspalt des Mehrvvalzenkalanders an der bisherigen Stelle, so dass keine Einbußen durch Zweiseitigkeit der Papierbahn in Kauf genommen werden müssen. Durch diese einfache Änderung ist die Oberwalze komplementär zur dritten Walze des ursprünglichen Kalanders und die Unterwalze komplementär zur drittletzten Walzen des ursprünglichen Kalanders (immer von oben nach unter gezählt), was bedeutet, dass die zweite und die vorletzte Walze aus dem Stapel entnommen werden können. Die Wirkung der nun fehlenden harten Heizwalzen wird dadurch ersetzt, dass die elastischen Walzen eine Metallbeschichtung bekommen und somit genau so glatt sind wie die harten Heizwalzen, also ebenfalls einen Ra-Wert von unter 0,1 µm haben. Es hat sich gezeigt, dass mit einem 8-Walzen-Kalander die gleichen Glanz- und Glättewerte bei hochwertigen Papieren erzielbar sind, als benutzte man einen 10-Walzen-Kalander, dessen durchbiegungssteuerbare Ober- und Unterwalze einen elastischen Belag aufweisen. Obwohl die Papierbahn je Papierseite nur noch zweimal an einer harten beheizten Walze anliegt, reicht ein solcher Kalanderaufbau offenbar aus, dieses positive Ergebnis zu erzielen.

[0015] Dadurch, dass der Wechselspalt in der Kalandermitte verbleibt, wird auch jede Zweiseitigkeit der Papierbahn vermieden. Dabei kann sich die Aufheizung der elastischen Walzen auf eine moderate Temperierung beschränken. Insgesamt verbraucht der Kalander weniger Heizenergie als ein herkömmlicher 10-Walzen-Kalander.

[0016] Es ist günstig, wenn in wenigstens einem Walzenspalt eine Streckenlast von mindestens 300 N/mm wirkt, um eine Walzenspaltlänge in Bahnlaufrichtung von wenigstens 10 mm zu erhalten. Dadurch wird selbst bei hohen Geschwindigkeit der Bahn zwischen 1400 und 2000 m/min die Verweildauer im Nip so groß, dass für einen ausreichenden Wärmefluss in die Papierbahn gesorgt ist. Unter der Walzenspaltlänge sei die Länge definiert, bei der die Papierbahn in Kontakt mit einer der beiden Walzen ist.

[0017] Für einen Kalanderbetreiber kann es sogar durchaus sinnvoll sein, einen 10-Walzen-Kalander auf acht Walzen zu kürzen. Beispielhaft seien genannt:

• Veränderung von Systemeigenfrequenzen (die vorher ggf. zu Barringerscheinungen geführt haben)
• Einsatz einer durchbiegungsgesteuerten Ober- oder Unterwalze ohne einen elastischen Belag (der Ein- und Ausbau solcher Walzen mit Belag zum Überschleifen des Belages ist sehr häufig und arbeitsintensiv, wobei die einzusetzenden Reservewalzen sehr teuer sind)
• die Heizaggregate für die harten beheizbaren Walzen können verkleinert werden
• ohne Walzen mit polymerer Oberfläche, wird die Gefahr der Zerstörung des Belages durch die heiße Gegenwalze ausgeschlossen, wodurch auf Randbeschnitteinrichtungen verzichtet werden kann (dies bringt zusätzliche Bahnbreite, also Produktionsmenge).

[0018] Vorzugsweise wird das Verfahren angewendet, um die Walzenzahl von 10 auf 8 Walzen zu verringern.

[0019] Es ist von Vorteil, wenn man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze beheizt. Dabei reicht eine moderate Temperaturerhöhung der elastischen Walze, um die gleichen Ergebnisse in Bezug auf die Qualität der Papierbahn zu erhalten, wie sie zuvor der Kalander mit 10 Walzen lieferte.

[0020] Bevorzugt beheizt man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze auf 90 bis 130°C. Diese Temperatur ist ideal geeignet, die gewünschte Papierqualität zu erzeugen. Dabei wird erheblich an Energie gespart gegenüber dem Einsatz von weiteren harten Heizwalzen. Denn beispielsweise über eine induktive Außenheizung kann man der Metallbeschichtung genau so vie Wärme zuführen, wie die Papierbahn wieder abnimmt. Es entstehen kaum Wärmeverluste durch Konvektion, wie dies bei herkömmlichen Heizwalzen der Fall ist.

[0021] Mit Vorteil ist dafür gesorgt, dass man die Papierbahn ein Wegstück vor oder nach einem Walzenspalt über ein Andrückelement an eine Walze mit glatter, harter und beheizter Oberfläche anlegt. Auf diese Weise wird die Bahn zusätzlich mit Wärmeenergie versorgt und kann besser satiniert werden.

[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Mehrwalzenkalanders gemäß der Erfindung.

[0023] Der Mehrvvalzenkalander 1 besitzt acht Walzen, eine harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze 2, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 3, eine beheizbare harte Mittelwalze 4, zwei elastische Mittelwalzen mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 5, 6, eine beheizbare harte Mittelwalze 7, eine elastische Mittelwalze mit einer dünnen metallischen Oberflächenschicht 8 und eine harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze 9. Die Papierbahn 11, die direkt aus der symbolisch durch das Rechteck dargestellten Papiermaschine 12 kommt, ist ein hochwertiges Woodfree Coated-Papier (WFC), das in dem Mehrwalzenkalander auf einen Glanz nach Gardner größer 75% satiniert werden soll. Es kann sich aber auch um Naturtiefdruckpapier (SCA) handeln, das im Mehrwalzenkalander 1 auf einen pps-1Os-Rauhigkeitswert unter 1,15 pm gebracht werden soll, oder um filmgestrichenes Light-Weight-Coated-Papier (LWC), das auf einen Glanz nach Gardner über 55% satiniert werden soll.

[0024] Bei den neuen elastischen Walzen 3, 5, 6, 8 handelt es sich um Walzen mit einer elastischen Schicht aus faserverstärktem Epoxid, genau so wie auch bei herkömmlichen elastischen Walzen, nur dass auf diese eine selbstfließende metallische Schicht aufgespritzt worden ist. In Versuchen haben sich Ni 17Cr 4Fe 4Si 3.5B 1 C und (WC 12Co) 33Ni 9Cr 3.5Fe 2Si 2B 0.5C, also insbesondere Nickel, Chrom und Eisen enthaltende Spritzwerkstoffe als besonders geeignete Materialien für die Oberflächenschicht herausgestellt.

[0025] Im Mehrwalzenkalander wird die Papierbahn 11 mehrfach über Leitwalzen 10 umgelenkt, damit sie durch die Nips oder Walzenspalte, also dem Kontaktbereich zweier benachbarter Walzen 2 - 8 geführt werden kann. Hinter dem Mehrwalzenkalander 1 wird die Papierbahn in der Aufwicklung 13 aufgewickelt.

[0026] Die elastischen Walzen mit metallischer Oberflächenschicht 3, 5, 6, 8 weisen im Satinagebetrieb eine Oberflächentemperatur von 90 bis 130°C auf. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur wird diese Aufwärmung durch die durch Kästchen angedeuteten externen Induktionsheizungen 15 realisiert.

[0027] Ober- und Unterwalze 2, 9 besitzen glatte Oberflächen aus Metall. Sie können ebenfalls über Außenheizungen beheizbar sein. Vorteilhafterweise besitzen die Walzen auch eine Oberflächenrauigkeit mit einem Ra-Wert unter 0,1 µm.

[0028] Der Walzenstapel wird von wenigstens einem Ende her in bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise derart belastet, dass in wenigstens einem Walzenspalt eine Streckenlast von 300 N/mm wirkt. Das führt in der Regel zu einer Walzenspaltlänge in Bahnlaufrichtung von über 10 mm und zu einer ausreichend großen Kontaktfläche für den Wärmeübergang auf die Papierbahn 11. Für den Fall, dass die Wärmeübergangsstrecke nicht ausreicht, wird ein Andrückelement vorgesehen, das für eine Anlage der Papierbahn an der Heizwalze 4,7 vor oder hinter dem Nip über einen Umschlingungswinkel von mindestens 5° sorgt. Auf diese Weise wird dem Satinageprozess ausreichend Wärme zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist es der einfachen Darstellung wegen in Form einer Andrückwalze ausgebildet. Es ist aber auch mit Vorteil vorstellbar, dass ein Anlageband verwendet wird, das einen Anlagedruck für einen besseren Wärmeübergang über eine längere Wegstrecke an der harten Heizwalze 4 erzeugen kann.

Bezugszeichenliste

[0029] 

1

Mehrwalzenkalander

2

harte durchbiegungssteuerbare Oberwalze

3, 5, 6 ,8

elastische Mittelwalze mit dünner metallischer Oberflächenschicht

4, 7

beheizbare harte Mittelwalze

9

harte durchbiegungssteuerbare Unterwalze

10

Leitwalzen

11

Papierbahn

12

Papiermaschine

13

Aufwicklung

14

Andrückelement

15

Externe Induktionsheizung

Ansprüche

1. Verfahren zum Umbau eines Mehnivalzenkalanders, mit einem Walzenstapel, in dem sich bis auf einen Wechselspalt zwischen zwei Walzen mit elastischer Oberfläche (5, 6) Walzen mit harter, glatter und beheizbarer Oberfläche (4, 7) mit Walzen elastischer Oberfläche (3, 5, 6, 8) abwechseln und jeweils zwei benachbarte Walzen (2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 6 und 7, 7 und 8, 8 und 9) Arbeitsspalte bilden, in denen eine Papierbahn (11) behandelbar ist, und in dem die Ober- und die Unterwalze (2, 9) durchbiegungssteuerbare Walzen sind, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ober- und Unterwalze (2, 9) mit einem Mantel mit einem elastischen Belag versieht, wenn sie eine harte Oberfläche aufweisen, bzw. die Ober- und Unterwalze (2, 9) mit einem Mantel mit harter, glatter Oberfläche versieht, wenn sie einen elastischen Belag aufweisen, weiterhin wenigstens eine Walze mit elastischem Belag (3, 5, 6, 8) mit einer metallischen Spritzschicht versieht und weiterhin die zweite Walze und vorletzte Walze aus dem Walzenstapel entfernt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Walzenzahl von 10 auf 8 Walzen verringert.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze beheizt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die metallische Beschichtung wenigstens einer elastischen Walze auf 90 bis 130°C beheizt.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Papierbahn ein Wegstück vor oder nach einem Walzenspalt über ein Andrückelement (14) an eine Walze mit glatter, harter und beheizter Oberfläche (4) anlegt.

Claims

1. Method for converting a multi-roll calender comprising a roll stack in which, apart from a reversing nip between two rolls with a resilient surface (5, 6), rolls with a hard, smooth and heatable surface (4, 7) alternate with rolls with a resilient surface (3, 5, 6, 8) and in each case two adjacent rolls (2 and 3, 3 and 4, 4 and 5, 6 and 7, 7 and 8, 8 and 9) form working nips, in which a paper web (11) can be treated, and in which the top and bottom rolls (2, 9) are controllable deflection rolls,
characterized in that
the top and bottom rolls (2, 9) are provided with a shell with a resilient cover if they have a hard surface or the top and bottom rolls (2, 9) are provided with a shell with a hard, smooth surface if they have a resilient cover, furthermore at least one roll with a resilient cover (3, 5, 6, 8) is provided with a sprayed metallic layer and, furthermore the second roll and the next-to-last roll are removed from the roll stack.

2. Method according to Claim 1,
characterized in that
the roll stack is reduced from 10 to 8 rolls.

3. Method according to Claim 1 or 2,
characterized in that
a metallic coating of at least one resilient roll is heated.

4. Method according to Claim 3,
characterized in that
the metallic coating of at least one resilient roll is heated to 90 to 130°C.

5. Method according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that
at a short distance before or after a roll nip, the paper web is brought into contact with a roll with a smooth, hard and heatable surface (4) by a pressure element (14).

Revendications

1. Procédé de démontage d'une calandre à plusieurs rouleaux, comprenant un empilement de rouleaux dans lequel, à l'exception d'une fente de changement entre deux rouleaux de surface élastique (5, 6), des rouleaux de surface dure, lisse et chauffable (4, 7) alternent avec des rouleaux de surface élastique (3, 5, 6, 8), et à chaque fois deux rouleaux adjacents (2 et 3, 3 et 4, 4 et 5, 6 et 7, 7 et 8, 8 et 9) forment des fentes de travail dans lesquelles une bande de papier (11) peut être traitée, et dans lequel le rouleau supérieur et le rouleau inférieur (2, 9) sont des rouleaux de fléchissement contrôlable, caractérisé en ce que l'on munit les rouleaux supérieur et inférieur (2, 9) d'une enveloppe ayant une garniture élastique, s'ils présentent une surface dure, ou l'on munit les rouleaux supérieur et inférieur (2, 9) d'une enveloppe ayant une surface dure et lisse, s'ils présentent une garniture élastique, et au moins un rouleau avec une garniture élastique (3, 5, 6, 8) est muni d'une couche métallique pulvérisée et le deuxième rouleau et l'avant-dernier rouleau sont en outre enlevés de l'empilement de rouleaux.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réduit le nombre des rouleaux de 10 à 8 rouleaux.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on chauffe un revêtement métallique d'au moins un rouleau élastique.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on chauffe le revêtement métallique d'au moins un rouleau élastique à 90 à 130°C.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on applique la bande de papier sur une petite distance un peu avant ou après une fente de rouleau par le biais d'un élément de pression (14) contre un rouleau de surface lisse, dure et chauffée (4).

Zeichnung