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Die
Erfindung betrifft eine Bandkalandervorrichtung mit zumindest einem
umlaufenden, insbesondere nicht nachgiebigen Kalanderband zur zumindest
einseitigen Abstützung einer in einem Nip der Bandkalandervorrichtung
zu kalandrierenden Materialbahn. Weiterhin betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betreiben einer Bandkalandervorrichtung mit wenigstens
einem Kalanderband beim Auftreten eines Störungsfalls,
insbesondere im Falle einer Störung, einer Beschädigung
oder eines Bahnabrisses der in der Bandkalandervorrichtung zu kalandrierenden
Materialbahn.
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Bei
der Herstellung und Bearbeitung von flächigen Produkten,
wie beispielsweise bei der Herstellung und Bearbeitung von Folien
und insbesondere in der Papierindustrie bei der Herstellung und
Bearbeitung von Kartonwaren und Papier, durchlaufen die entsprechenden flächigen
Materialien eine Vielzahl unterschiedlicher Maschinen.
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Für
die Glättung und Oberflächenbehandlung flächiger
Materialien haben sich sogenannte Kalander durchgesetzt. Bei derartigen
Kalandern wird die zu bearbeitende Materialbahn durch einen zwischen
zwei Walzen befindlichen Spalt, einen sogenannten Nip, hindurchgeführt.
Im Nip erfährt die zu bearbeitende Materialbahn eine entsprechende,
von außen auf diese einwirkende Kraft. Die auf die Materialbahn
einwirkende Kraft bewirkt insbesondere eine Verdichtung und Oberflächenglättung
der entsprechenden Materialbahn.
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Weitere
Parameter, welche die Stärke der Verdichtung bzw. die Güte
der sich ergebenden Oberfläche beeinflussen, sind Temperatur
und (Rest-)Feuchte der zu bearbeitenden Materialbahn.
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Um
beispielsweise bei Papier eine ausreichende Verdichtung bzw. Güte
der Oberfläche der Papierrohbahn zu erzielen, reicht ein
einzelner Nip eines Walzenkalanders in aller Regel nicht aus. Dementsprechend
wird die Papierbahn durch eine Mehrzahl von Kalandernips geführt.
Da es sich bei Kalandern um kostenträchtige Anlagen handelt,
die darüber hinaus eine nicht unerhebliche Aufstellfläche
benötigen, wurde bereits versucht, die erforderliche Glättung
bzw. Verdichtung der Materialbahn auf andere Weise zu erzielen.
So wurden beispielsweise sogenannte Multinipkalander vorgeschlagen
(auch als Superkalander oder Januskalander bekannt), bei denen mehrere
Walzen übereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei
Walzen einen Nip bilden. Eine derartige Übereinanderstapelung
mehrerer Walzen reduziert die Kosten jedoch nicht im erwünschten Ausmaß.
Darüber hinaus zeigt ein Multinipkalander auch Probleme,
insbesondere dahingehend, dass sich die einzelnen Walzenmassen und
damit die im Nip vorherrschenden Andruckkräfte von oben
nach unten aufaddieren. Um dies auszugleichen, sind aufwändige
Druckkompensationsvorrichtungen nötig.
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Eine
andere Möglichkeit zur Verringerung der erforderlichen
Anzahl an Nips besteht darin, dass die Verweildauer der Papierbahn
in einem einzelnen Nip vergrößert wird. Dies bewerkstelligen
sogenannte Breitnipkalander. Bei diesen ist eine der Kalanderwalzen
mit einer elastischen Oberfläche versehen. Dadurch wird
die entsprechende Walzenoberfläche von der korrespondierenden
Kalanderwalze im Nipbereich konkav verformt, so dass ein Nip mit
größerer Bearbeitungslänge entsteht.
Ein Nachteil derartiger Breitnipkalander ist, dass bezüglich
der Walzenoberfläche gewisse Einschränkungen hinsichtlich
der Materialauswahl bestehen. Darüber hinaus setzt die elastische
Verformbarkeit der einen Kalanderwalze der Drehzahl der Walzen gewisse
Grenzen.
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Um
die Einschränkungen hinsichtlich der Materialbeschaffenheit
der Kalanderwalzenoberflächen zu beseitigen, wurde bereits
vorgeschlagen, die zu kalandrierende Papierbahn zumindest auf der
Seite, die der elastisch verformbaren Walze zugewandt ist, mit einem
dünnwandigen metallischen Endlosband zu unterstützen.
Dieses Endlosband dient quasi als Ersatz für eine metallische
Walzenoberfläche. Bei bisher realisierten Bauformen wurden
Biegeeinstellwalzen mit rotierender harter Walzenschale in Kombination
mit einer harten Kalanderbahn verwendet. Eine weitere bisher umgesetzte
Kombination ist die Verwendung von Biegeeinstellwalzen mit rotierender weicher
Walzenschale bzw. einer harten Walzenschale, die eine weiche Beschichtung
aufweist, gemeinsam mit einem weichen Kalanderband.
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Ein
weiterer Vorschlag, die Bearbeitungslänge eines Kalanders
zu erhöhen, besteht darin, dass anstelle einer elastisch
verformbaren Walze ein konkav geformter Andruckschuh vorgesehen
wird, der gegen eine dazu korrespondierende Walzenoberfläche
gepresst wird. Zwischen dem Gegenschuh und der zu kalandrierenden
Papierbahn befindet sich ein dünnwandiges Endlosband aus
Metall, das die zu kalandrierende Papierbahn im Bereich des Gegenschuhs
unterstützt und sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie
die Papierbahn bewegt. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise
in
WO 03/064761 A1 offenbart.
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Trotz
der großen Vorteile derartiger Bandkalander, weisen diese
beim praktischen Einsatz durchaus noch Probleme auf.
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Ein
Problem besteht in der Verwendung eines Kalanderbands als solchem.
Damit das Kalanderband eine für den Laufweg der zu bearbeitenden Materialbahn,
und damit eine für den Laufweg des Kalanderbands selbst
ausreichend hohe Biegewechselfestigkeit und damit Bandlebensdauer
aufweist, muss das Kalanderband sehr dünn ausgeführt
werden. Verwendet man als Kalanderband ein Metallband, so liegt
dessen Dicke in der Praxis meist zwischen circa 0,8 und 1 mm. Diese
nur geringe Dicke macht das Kalanderband besonders empfindlich gegenüber Schwankungen
und Unregelmäßigkeiten im Produktionsablauf. Wenn
es beispielsweise zu einem Bahnriss der vom Bandkalander zu bearbeitenden Materialbahn
kommt, so ballen sich in aller Regel Teile der Materialbahn zu einer
Verdickung (auch als "Batzen" bezeichnet) der Materialbahn zusammen. Wenn
diese Batzen durch den Kalandernip hindurch treten, erzeugen diese
im Bereich des Nips sehr hohe Kräfte. Diese Kräfte
können zu einer Beschädigung der das Kalanderband
stützenden Walzen bzw. Anpressschuhe sowie der dazu korrespondierenden gegenüberliegenden
Walze führen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bandkalandervorrichtung
vorzuschlagen, die im Falle von Produktionsstörungen besser
gegen Beschädigung geschützt ist. Weiterhin besteht
die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betrieb von Bandkalandern
vorzuschlagen, welches diese im Falle von Produktionsstörungen
besser schützt.
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Dazu
wird vorgeschlagen, eine Bandkalandervorrichtung der vorab beschriebenen
Art dahingehend weiterzubilden, dass wenigstens eine Kalanderbandschutzvorrichtung
zum Schutz des Kalanderbands im Fall eines Risses, einer Störung
oder einer Beschädigung der Materialbahn vorgesehen ist.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt,
dass nicht nur die Walzen selbst gefährdet sind, wenn ein Materialbatzen
entsteht und dieser durch den Kalandernip hindurch gezogen wird.
Vielmehr kann es auch zu einer Beschädigung des Kalanderbands
an sich kommen. Dies verwundert zunächst, da das Kalanderband
aufgrund seiner geringen Dicke eine erhebliche Verformbarkeit aufweist.
Jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass gerade
auch das Kalanderband im Falle einer Störung, einer Beschädigung
oder eines Risses der Materialbahn gefährdet ist. Dies
kann einerseits den Nipbereich betreffen. Wenn ein Materialbatzen
durch den Nip hindurch gezogen wird, kann es trotz der Unterstützung
des Kalanderbands durch eine Walze bzw. durch einen Anpressschuh
zu einer lokalen Verformung des Kalanderbands kommen. Eine derartige
Verformung kann das Kalanderband für die Produktion unbrauchbar machen.
Neben dem Nipbereich sind darüber hinaus auch die übrigen
Bereiche des Kalanderbands in besonderem Maße gefährdet,
insbesondere die Bereiche, in denen das Kalanderband nicht durch
ein Gegenelement gestützt wird. Kommt es beispielsweise zu
einem Riss der zu bearbeitenden Materialbahn, so entsteht in aller
Regel ein ungleichmäßig gerissenes, nicht glattes
Ende der ansonsten endlosen Materialbahn. Dieses Ende kann hin und
her schlagen und bereits dadurch das Kalanderband beschädigen, wenn
es auf das Kalanderband auftrifft. Beim Auftreffen des hin und her
schlagenden Endes auf das Kalanderband entsteht lokal eine hohe
mechanische Spannung, so dass insbesondere in einem Teil, in dem
das Kalanderband nicht durch ein Gegenelement unterstützt
ist, das Kalanderband ausgebeult wird. Spätestens wenn
sich an dem Ende der gerissenen Materialbahn beispielsweise durch
Umklappen mehrerer Lagen der Bahn übereinander oder durch
Batzenbildung eine dicke Stelle bildet, kann diese, wenn sie auf
das Kalanderband auftrifft, dasselbe ausbeulen und beschädigen.
Auch hier kann das Kalanderband derart beschädigt werden,
dass es nicht mehr für die Produktion verwendet werden kann.
Durch das Vorsehen einer Kalanderbandschutzvorrichtung, also einer
Vorrichtung, die speziell den Schutz des Kalanderbands im Sinn hat,
kann eine Beschädigung des Kalanderbands vermieden werden.
Dadurch ist es möglich, nach wie vor ein dünnes
Band verwenden zu können, was aufgrund der Dauerbiegefestigkeit
des Kalanderbands erforderlich ist. Die Kalanderbandschutzvorrichtung
kann einen Schutz im Nipbereich, in Bereichen, in denen das Kalanderband
von Gegenelementen unterstützt ist und/oder in Bereichen,
in denen das Kalanderband nicht von Gegenelementen unterstützt
ist, vorsehen.
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Es
ist möglich, wenigstens eine Kalanderbahnschutzvorrichtung
als Schutzmaterialaufbringvorrichtung auszubilden. Durch das Aufbringen
eines vorzugsweise weichen, elastischen und/oder Energie dissipierenden
Schutzmaterials kann das Kalanderband im Falle einer Produktionsstörung
wirksam geschützt werden. Beispielsweise kann dadurch die
Energie des auf das Kalanderband aufschlagenden Materialbahnendes
(nach einem Materialbahnriss) gedämpft bzw. über
einen größeren Flächenbereich verteilt
werden. Dadurch kann ein wirksamer Schutz des Kalanderbands bereit
gestellt werden. Vorzugsweise befindet sich die Schutzmaterialaufbringvorrichtung
in Maschinenrichtung gesehen vor dem Nipberreich.
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Dabei
kann wenigstens eine Schutzmaterialaufbringvorrichtung zumindest
teilweise als Fluidstromaufbringvorrichtung ausgebildet sein. Dies kann
beispielsweise durch Fluidausströmdüsen realisiert
werden. Als Fluid kann beispielsweise Luft, Dampf oder ein anderes
gasförmiges Medium, gegebenenfalls auch eine Flüssigkeit
oder eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit verwendet werden.
Formgebung und Anordnung der Düse sollen dabei so erfolgen,
dass sich ein Polster zwischen Materialbahn und Kalanderband ausbildet.
Insbesondere sollte die Fluidströmung so erfolgen, dass
sie beispielsweise ein hin und her schlagendes Ende einer gerissenen Materialbahn
wirksam von dem Kalanderband weglenkt. Als Flüssigkeit
(Flüssigkeitsanteil) kann eine Nicht-Newtonsche Flüssigkeit,
insbesondere eine Bingham-Flüssigkeit, eine Cassonsche
Flüssigkeit, eine strukturviskose Flüssigkeit,
eine dilatante Flüssigkeit, eine thixotropische Flüssigkeit
und/oder eine Rheopexische Flüssigkeit verwendet werden.
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Möglich
ist es auch, wenn wenigstens eine Schutzmaterialaufbringvorrichtung
zumindest teilweise als Partikelaufbringvorrichtung ausgebildet
ist. Hierbei ist insbesondere an weiche, elastische und/oder bei
der Verformung Energie dissipierende Materialien zu denken. Diese
können bei ihrer Verformung ein gerissenes Materialbahnende,
eine Verdickung und/oder einen Batzen wirksam "umschließen",
so dass dessen "Gefährlichkeit" beim Auftreffen auf das
Kalanderband reduziert werden kann. Ähnlich wie bei der
Fluidstromaufbringvorrichtung ist es auch bei der Partikelaufbringvorrichtung
besonders sinnvoll, wenn diese in Maschinenrichtung gesehen vor
dem Nipbereich angeordnet ist.
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Die
Partikelaufbringvorrichtung kann beispielsweise ein Schaummaterial,
ein Wachsmaterial und/oder ein elastisch verformbares Material auf
zumindest einen Teilbereich des Kalanderbands aufbringen. Unter
Wachs ist insbesondere ein Stoff zu verstehen, der bei Kontakt mit
einer Heizwalze (Temperaturgröße 100°C)
schmilzt und dadurch den Batzen einschließt. Im Übrigen
kann auch hier an Nicht-Newtonsche Materialien gedacht werden.
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Möglich
ist es weiterhin, dass wenigstens eine Schutzmaterialaufbringvorrichtung
zumindest teilweise als Materialbahnaufbringvorrichtung ausgebildet
ist. Hier kann also zumindest bereichsweise ein flächiges,
gegebenenfalls folienartiges Material auf den Bandkalander aufgebracht
werden. Neben dem Effekt, dass ein derartiges flächiges
Material durch seine Verformbarkeit, Elastizität und/oder
Energie dissipierenden Eigenschaften das Kalanderband schützen
kann, kann das Material auch eine gewisse Stützfunktion
für das Kalanderband zur Verfügung stellen.
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Die
Materialbahnaufbringvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass diese
eine Schutzbahn, insbesondere eine Folienbahn und/oder eine Textilbahn
aufbringt. Auch an einen geschichteten Aufbau der Schutzbahn aus
den bereits genannten, nachfolgend genannten und/oder weiteren hier
nicht genannten Materialien ist zu denken.
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Als
vorteilhaft kann es sich erweisen, wenn die Schutzbahn in ihrer
Dickenrichtung verformbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann das
E-Modul (Elastizitätsmodul) des flächigen Materials
so gewählt sein, dass das flächige Material bzw.
die Kombination aus flächigem Material und Kalanderband eine
Festigkeit aufweisen, die verhindert, dass das Kalanderband reißt
bzw. durchbeult wird. Beispielsweise kann das E-Modul mindestens
60 bis 90% des E-Moduls der Warenbahn aufweisen. Bei einer derartigen
Wahl des E-Moduls ist das flächige Material eher nachgiebig
als fest. Im Übrigen kann auch ein Material mit je nach
Richtung unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, welches
beispielsweise in z-Richtung (Dickenrichtung) nachgiebig und in
Maschinenrichtung fest ist, wobei fest insbesondere dahingehend
zu verstehen ist, dass das Elastizitätsmodul des Schutzmaterials
in Maschinenrichtung größer als in z-Richtung
ist bzw. dass das Elastizitätsmodul des Schutzmaterials
in Maschinenrichtung größer als das Elastizitätsmodul
der Warenbahn ist. Wenn das E-Modul des Schutzmaterials in z-Richtung
die angegebenen 60 bis 90% des E-Moduls der Warenbahn aufweisen
sollte, sollte es also in Maschinenrichtung ein E-Modul aufweisen,
das größer als die angegebenen 60 bis 90% ist.
Die Dicke des von der Materialbahnaufbringvorrichtung aufgebrachten Materials
liegt vorzugsweise in der Größenordnung der Batzen,
d. h. 2 bis 10 mm, insbesondere 2 bis 8 mm bei Karton und 2 bis
5 mm bei Papier. Bei einer derartigen Dickenwahl kann der durch
die entstehenden Batzen entstehende Druck auf das Kalanderband besonders
gut vergleichmäßigt werden.
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Möglich
ist es, wenn die Schutzbahn, insbesondere die Textilbahn, Kevlarfäden,
Baumwollfäden und/oder Stahlfasern aufweist. Baumwolle
brennt erst bei Temperaturen über 400°C, so dass
ein Einsatz dieses Materials bei Papiermaschinen üblicherweise
unproblematisch ist. Darüber hinaus weist Baumwolle günstige
Materialeigenschaften auf und ist günstig erhältlich.
Kevlargewebe hält beispielsweise bis circa 300°C
und ist auch ansonsten sehr robust und widerstandsfähig
gegenüber Rissen bzw. Rissausbreitungen. Stahlfasern können
insbesondere zur Verfestigung von Baumwollgewebe oder anderen Geweben
dienen. Gegebenenfalls kann die verwendete Schutzbahn auch mit einer
Kunststoffummantelung versehen werden.
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Als
sinnvoll kann es sich erweisen, wenn eine Schutzbahnverbindungsvorrichtung
vorgesehen ist. Gerade beim Aufbringen eines bahnartigen Schutzmaterials
kann dieses mit sich selbst verbunden werden, sobald das gesamte
Kalanderband überdeckt ist. Dadurch kann einerseits der
Verbrauch an Schutzmaterial verringert werden. Auch kann vermieden
werden, dass mehrere Lagen an Schutzmaterial übereinander
gewickelt werden, was zu einer entsprechenden Verdickung des Kalanderbands
führen könnte und seinerseits Probleme hervorrufen könnte.
In diesem Zusammenhang ist daran zu denken, dass die Auslaufstrecke
bei heutigen Maschinengeschwindigkeiten von Bandkalandern unter
Umständen erheblich sein kann. Als Verbindungstechniken
können die bekannten, aus der Papiermaschinentechnologie
bekannten Verbindungsverfahren wie beispielsweise Klebstoffauftrag
bzw. Klebefilme verwendet werden.
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Weiterhin
ist es möglich, dass wenigstens eine Kalanderbandschutzvorrichtung
als Kalanderbandspannungsentlastungsvorrichtung ausgebildet ist.
Durch eine derartige Entspannung der Kalanderbandspannung kann sich
das Kalanderband stärker verformen, bevor es geschädigt
wird. Auch dies kann einen Schutz des Kalanderbands im Falle einer
Produktionsstörung verbessern, insbesondere, wenn diese
Art des Kalanderbandschutzes mit anderen Arten des Kalanderbandschutzes
kombiniert wird. Als besonders effektiv hat es sich erwiesen, wenn
die Bahnspannung speziell in einem Bereich verringert wird, der
vor dem Kalandernip liegt. Dies kann beispielsweise durch ein Verfahren
einer Leitwalze bewirkt werden. Die Richtung, in die die Leitwalze
zur Entlastung der Kalanderbandspannung bewegt wird, sollte so gewählt
werden, dass eine bestimmte Entfernung eine möglichst große
Entlastung der Kalanderbandspannung bewirkt. Die entsprechende Bewegungskurve
kann berechnet werden. In aller Regel wird diese nicht längs
einer Gerade verlaufen. Da sich die Kurvenform jedoch üblicherweise annähernd
durch eine Gerade beschreiben lässt, kann es vorteilhaft
sein, die Verfahrbewegung der entsprechenden Leitwalze auf eine
Gerade zu beschränken, da dadurch der Aufwand bei der Herstellung
des Bandkalanders verringert werden kann. Die Entspannung des Kalanderbands
sollte selbstverständlich nicht so weit gehen, dass dieses
stehen bleibt. Die Spannung des Kalanderbands im Bahnzug sollte
daher nach wie vor 5 N/mm oder mehr betragen.
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Möglich
ist es auch, dass wenigstens eine Kalanderbandschutzvorrichtung
als Nipöffnungsvorrichtung ausgebildet ist. Wie bereits
erwähnt, kann im Bereich des druckbeaufschlagten Nips auch
das Kalanderband verformt werden, wenn beispielsweise ein Batzen
durch den Nip hindurch gezogen wird. Öffnet man den Nip
dementsprechend, so kann das dortige Schadensrisiko deutlich verringert
werden. Da normale "Batzen" eine Größe von 2 bis
10 mm aufweisen, sollte der Nip um einen entsprechenden Betrag geöffnet
werden, beispielsweise um 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm bzw. 10 mm. Auch
wenn eine Vergrößerung der Öffnungsbewegung
das Risiko von Beschädigungen verringert, erhöht
es andererseits den Aufwand beim Aufbau der Bandkalandervorrichtung.
Hier kann jeweils ein geeigneter Kompromiss gefunden werden.
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Als
vorteilhaft kann es sich in diesem Zusammenhang erweisen, wenn wenigstens
eine Schnellentlastungsvorrichtung vorgesehen ist, die vorzugsweise
einen Energiespeicher aufweist. Die Schnellentlastungsvorrichtung
kann dabei auf die Kalanderbandspannungsentlastungsvorrichtung und/oder
die Nipöffnungsvorrichtung einwirken. Als Energiespeicher
bietet sich beispielsweise ein mechanischer Energiespeicher (Kraftspeicher)
wie eine vorgespannte Feder (mechanisch, pneumatisch, hydraulisch)
an.
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Sinnvoll
ist es darüber hinaus, wenn wenigstens eine Materialbahnrisserkennungseinrichtung vorgesehen
ist. Diese kann die Kalanderbandschutzvorrichtung auslösen.
Ein Materialbahnriss kann auf unterschiedliche Arten festgestellt
werden. Beispielsweise kann eine Lichtschranke (Transmissions- oder Reflektionslichtschranke)
verwendet werden, eine Veränderung eines radioaktiven oder
elektrischen Feldes gemessen werden (α-Strahlung oder Kondensatorprinzip).
Es kann die Bahnspannung gemessen werden. Auch kann das "Anschlagen"
des abgerissenen Endes an Bandkalandermaschinenelemente bzw. an
Papiermaschinenelemente vor dem Bandkalander registriert werden.
Je weiter die Abrissdetektion vor dem Nip des Bandkalanders erfolgt,
desto mehr Zeit steht für Schutzmaßnahmen zur
Verfügung, bis der Abriss am Kalandernip (bzw. an entsprechenden übrigen
Stellen des Bandkalanders) angekommen ist. Andererseits nimmt der
"blinde Fleck" dabei zu, denn wenn ein Abriss auf der Strecke nach
dem Detektionsort und vor dem Kalander erfolgt, so kann dieser nicht
oder nicht zuverlässig ermittelt werden.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend
weiterzubilden, dass nach dem Erkennen eines Materialbahnrisses
ein Kalanderbandschutzverfahren initiiert wird. Durch die Anwendung
eines derartigen Verfahrens ergeben sich die vorab im Zusammenhang
mit der vorgeschlagenen Bandkalandervorrichtung beschriebenen Vorteile
in analoger Weise.
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Weiterhin
ist es möglich, das Verfahren in Sinne der bereits genannten
Weiterbildungen fortzuentwickeln.
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Möglich
ist es insbesondere, dass das Kalanderbandschutzverfahren zumindest
einen Schritt umfasst, bei dem die Bahnspannung des Kalanderbands
reduziert wird. Auch ist es möglich, dass das Kalanderbandschutzverfahren
zumindest einen Schritt aufweist, bei dem ein Nip der Bandkalandervorrichtung
geöffnet wird. Ebenfalls ist es möglich, dass
das Kalanderbandschutzverfahren zumindest einen Schritt aufweist,
bei dem das Kalanderband zumindest bereichsweise mit einem Schutzauftrag
versehen wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ausgewählte
Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Beispiel einer Bandkalandervorrichtung mit einer Kalanderbandschutzvorrichtung;
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2 ein
zweites Beispiel einer Bandkalandervorrichtung mit einer Kalanderbandschutzvorrichtung.
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1 zeigt
in schematischer Ansicht einen Bandkalander 1, der mehrere
Kalanderbandschutzvorrichtungen 13, 17, 22 für
den Schutz eines Kalanderbands 5 im Falle eines Risses
einer im Bandkalander 1 zu bearbeitenden Materialbahn 6 aufweist. Bei
der Materialbahn 6 handelt es sich vorliegend um eine Papierbahn 6.
Ebenso könnte es sich um einen Karton, oder um ein anderes
flächiges Material handeln. Der Bandkalander 1 ist
als Metallbandkalander ausgebildet, d. h. das Kalanderband 5 liegt
in Form eines dünnen Metallbandes mit einer Dicke von vorliegend
1 mm vor.
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Das
Kalanderband 5 wird von mehreren Leitwalzen 3, 11 geführt.
Im Bereich der Leitwalzen 3, 11 wird es in eine
andere Richtung umgelenkt und dabei durchbogen. Weiterhin durchläuft
das Kalanderband 5 einen Nip 18, der zwischen
einer Heizwalze 10 und einer Biegeausgleichswalze 2 ausgebildet
ist. Bei dem Nip 18 handelt es sich um einen sogenannten Breitnip,
wobei ein Breitnipbereich 7, in dem die Papierbahn 6 mit
einem Druckimpuls beaufschlagt wird, in 1 angedeutet
ist. In Papierlaufrichtung bzw. in Kalanderbandlaufrichtung (in 1 jeweils
durch Pfeile angedeutet) gesehen vor dem Nip 18 befindet sich
ein Bereich der Vorumschlingung 8 der Papierbahn 6.
Dementsprechend befindet sich ein Bereich der Nachumschlingung 9 hinter
dem Breitnipbereich 7. Vorumschlingungsbereich 8 und
Nachumschlingungsbereich 9 sind in 1 ebenfalls
angedeutet. Der Vorumschlingungsbereich 8 bzw. der Nachumschlingungsbereich 9 ist dadurch
charakterisiert, dass die Papierbahn 6 vom Kalanderband 5 abgedeckt
ist, diese also berührt. Dadurch entstehen die hier beschriebenen
Bereiche der Vorumschlingung 8 und der Nachumschlingung 9,
in denen das Risiko einer Beschädigung des Kalanderbands 5 besonders hoch
ist. Selbstverständlich kann der Kontakt des Kalanderbands 5 zur
Heizwalze 10 noch größer sein. In der
Praxis sind Vorumschlingungen bzw. Nachumschlingungen in einem Bereich
von ca. 1/4 bis 1/3 des Umfangs der Heizwalze 10 durchaus üblich.
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Die
in den Bandkalander 1 einlaufende Papierbahn 6 wird
an einem Detektor 12 zur Erkennung eines Abrisses oder
einer sonstigen Beschädigung oder Verdickung der Papierbahn 6 vorbei
geführt. Das Ausgangssignal des Detektors 12 wird
einer elektronischen Steuerung zugeführt. Anschließend wird
die einlaufende Papierbahn 6 um eine Leitwalze 4 herumgeführt
und bewegt sich auf den Nip 18 des Bandkalanders 1 zu.
Die Papierbahn 6 legt sich bereits ein Stück vor
dem Vorumschlingungsbereich 8 und dem Breitnipbereich 7 an
die Heizwalze 10 an. Dies definiert den vorderen Papierbahnkontaktbereich 29.
Im Breitnipbereich 7 (bzw. kurz davor) tritt die Papierbahn 6 mit
dem Kalanderband 5 in Kontakt. Im Breitnipbereich 7 wird
ein entsprechender Druck auf die Papierbahn 6 ausgeübt.
Dem Breitnipbereich 7 nachgeordnet verbleibt die Papierbahn 6 auch
nach dem Nachumschlingungsbereich 9 noch für eine
gewisse Zeit auf der Heizwalze 10. Dies stellt den hinteren
Papierbahnkontaktbereich 30 dar. Zuletzt wird die Papierbahn 6 von
einer weiteren Leitwalze 4 nochmals umgelenkt und verlässt
den Bandkalander 1.
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Der
Detektor 12 zur Erkennung eines Papierbahnrisses kann vor,
unmittelbar vor, nach, unmittelbar nach, am oder im Metallbandkalander 1 angeordnet
werden. Im dargestellten Beispiel 1 ist der Detektor 12 kurz
vor dem Bandkalander 1 angeordnet. Eine Anordnung des Detektors 12 in
einem vor dem Nip 18 liegenden Bereich ist sinnvoll, da
dadurch insbesondere auch der eigentliche Nipbereich 18 des
Bandkalanders 1 geschützt werden kann. Der Abstand
des Detektors 12 vom Nipbereich 18 hängt vor
allem von den realisierten Papierbahngeschwindigkeiten sowie der
Zeitdauer, die die Schutzvorrichtungen zur Aktivierung benötigen,
ab. Wird beispielsweise der Bandkalander 1 mit einer sehr
geringen Geschwindigkeit von 180 m/min (= 3 m/s) betrieben und beträgt
die Zeit zu einer Aktivierung der Schutzvorrichtung 0,5 s, so ist
ein Abstand des den Abriss erkennenden Detektors 12 und
der Schutzvorrichtung von mindestens 1,5 m sinnvoll. Dementsprechend
wäre bei einer Bandkalandergeschwindigkeit von 1800 m/min
ein Abstand von 15 m erforderlich. Mit einem derartigen Abstand
vergrößert sich jedoch die "blinde Zone", in der
ein Abriss der Papierbahn 6 nicht erkannt werden kann.
Denkbar wäre es daher insbesondere bei schnell laufenden
Papiermaschinen, eine Mehrzahl von Detektoren 12 anzuordnen: beispielsweise
ein Detektor 12 im berechneten Abstand, ein weiterer Detektor 12 unmittelbar
vor dem Nip 18 und gegebenenfalls weitere Detektoren. Beispielsweise
kann ein weiterer Detektor 12 zwischen dem ersten Detektor 12 im
berechneten Abstand und dem Nip 18 vorgesehen werden. Erkennen
die "zu nah" angeordneten Detektoren einen Bandabriss, so könnte
zumindest ein "Notprogramm" aktiviert werden. Denn ein zumindest
teilweiser Schutz des Kalanderbands 5 ist besser als gar
keiner. Insbesondere könnte in diesem Zusammenhang an ein
Abschlagen der Papierbahn 6 vor und/oder nach dem Metallbandkalander 1 gedacht
werden. Bei einem Abschlagen der Papierbahn 6 nach dem
Bandkalander 1 würde zumindest der Warentransport
unterbrochen werden und die dem Bandkalander 1 nachfolgenden
Bereiche der Papiermaschine wären geschützt.
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Darüber
hinaus kann ein derartiges Abschlagen der Papierbahn 6,
auch nach dem Metallbandkalander 1, den Metallbandkalander 1 schützen.
Denn die Papierbahn 6 wird lediglich durch Zugkräfte
durch die Papiermaschine hindurchbefördert. Wird durch ein
Abschlagen der Papierbahn 6 nach dem Metallbandkalander 1 die
Papierbahn 6 (regulär) unterbrochen, so kann die
Aufwickelwalze am Ende der Papiermaschine die Papierbahn, die sich
hinter dem Abschlageort befindet, noch aufwickeln. Durch das Abschlagen
treten jedoch in Bereichen, die vor dem Abschlageort liegen, keine
Zugkräfte mehr auf. Dadurch werden die entsprechenden Teile
der Papierbahn 6 auch nicht mehr weiter befördert,
wie beispielsweise durch den Metallbandkalander 1 hindurchgezogen. Dies
hat wiederum zur Folge, dass auch das unregelmäßig
gerissene Ende der Papierbahn nicht mehr vorwärts transportiert
wird. Selbstverständlich ist es zur Unterbrechung des Weitertransports
der Papierbahn 6 erforderlich, dass sämtliche
Nips ausreichend weit geöffnet werden und/oder zusätzliche
definierte Abschlageorte vorgesehen werden müssen.
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Sobald
der Detektor 12 (gegebenenfalls die Detektoren 12)
einen Abriss der Papierbahn 6 detektiert, sendet dieser über
eine Signalleitung 19 ein entsprechendes Signal an die
elektronische Steuerung 20. Diese verarbeitet das Signal
und sendet über Steuerleitungen 21 entsprechende
Steuerimpulse an die unterschiedlichen Kalanderbandschutzvorrichtungen 13, 17, 22.
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So
wird beim in 1 dargestellten Beispiel eines
Bandkalanders 1 eine Hubvorrichtung 22 aktiviert.
Die Hubvorrichtung 22 vergrößert den
Abstand zwischen Biegeausgleichswalze 2 und Heizwalze 10, so
dass der Nip 18 geöffnet wird. Der resultierende Abstand
zwischen den jeweiligen Walzenoberflächen sollte so gewählt
werden, dass er Batzen mit üblichen Größen
durchlassen kann. Beispielsweise wäre ein Abstand von 2
mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm oder 10 mm sinnvoll. Um ein möglichst
schnelles Öffnen des Nips 18 zu ermöglichen,
kann die Hubvorrichtung 22 über einen mechanischen
Kraftspeicher, wie beispielsweise über vorgespannte Spiralfedern,
verfügen. In einem derartigen Fall kann über die
Steuerleitung 21 eine Arretierung entfernt werden und die
Biegeausgleichswalze 2 wird mit Hilfe des Kraftspeichers rasch
von der Heizwalze 10 entfernt. Umgekehrt ist es natürlich
auch möglich, die Heizwalze 10 durch Absenken
rasch von der Biegeausgleichswalze 2 zu entfernen. Denkbar
ist es auch, dass sowohl Biegeausgleichswalze 2, als auch
Heizwalze 10 bewegt werden, wodurch der Nipbereich 18 besonders schnell
geöffnet werden kann.
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Ein
weiteres Steuersignal geht an eine Entspannungsvorrichtung 17,
welche eine beweglich angeordnete Leitwalze 11 verschieben
kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die Leitwalze 11,
welche in Bandlaufrichtung 5 gesehen unmittelbar vor dem
Nip 18 angeordnet ist. Eine erste mögliche Verfahrbewegung 27 der
verschiebbaren Leitwalze 11 erfolgt längs einer
Kurve, bei der mit minimalem Verschiebeaufwand eine maximale Entlastungswirkung der
Spannung des Kalanderbands 5 erzielt wird. D. h., die entsprechende
erste Verschiebebahn 27 steht senkrecht zu einer Kurve,
bei der eine Verschiebung der verschiebbaren Leitwalze 11 die
Spannung des Kalanderbands 5 nicht ändern würde.
Der Verlauf dieser Kurven hängt von der jeweiligen Geometrie des
Bandkalanders 1 ab und kann berechnet werden. Um den Aufwand
für die Lagerung der beweglichen Leitwalze 11 zu
verringern, und damit den Bau-Aufwand für den Bandkalander 1 zu
verringern, ist es in den meisten Fällen ausreichend, die
Kurve durch ein Stück einer Geraden anzunähern.
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Eine
zweite mögliche Verfahrbewegung 28 ergibt sich,
wenn die Verfahrbewegung 28 der verschiebbaren Leitwalze 11 entlang
einer Kurve erfolgt, die derart gewählt ist, dass die Spannung
des Kalanderbands 5 höchstens auf ein Maß reduziert
wird, bei dem das Kalanderband 5 noch nicht stehen bleibt. Gleichzeitig
ist die Kurve der zweiten Verfahrbewegung 28 derart gewählt,
dass sich eine möglichst große räumliche
Trennung zwischen dem Kalanderband 5 und der Materialbahn 6 ergibt.
Die ungefähre Richtung der zweiten Verfahrbewegung 28 ist
in 1 und 2 angedeutet.
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Die
Entspannungsvorrichtung 17 kann ähnlich wie eine
Hubvorrichtung 22 aufgebaut werden. Insbesondere kann eine
besonders schnelle Verschiebebewegung durch Aktivierung eines Kraftspeichers
erreicht werden (z. B. Auslösen einer vorgespannten mechanischen
oder pneumatischen Feder).
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Die
Größe des Verfahrwegs der verschiebbaren Leitwalze 11 hängt
ebenfalls von der jeweiligen Geometrie des Bandkalanders 1 ab.
So ist die Größe der Verfahrbewegung insbesondere
dadurch limitiert, dass die Spannung des Kalanderbands 5 nicht
in einem Maße verringert werden darf, dass die Geschwindigkeit
des Kalanderbands 5 übermäßig
abnimmt, oder dieses gar stehen bleibt. Auch darf es nicht zu einem
Knittern des Kalanderbands 5 kommen. In der Praxis haben
sich Spannungswerte im Bereich von mindestens 5 N/mm bis 10 N/mm
für das Kalanderband 5 bewährt.
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Weiterhin
steuert die elektronische Steuerung 20 über ein
Steuersignal 21 ein Ventil 15 an, welches die
Verbindungsleitung 14 zwischen einem Gasdruckspeicher 16 und
einer Auslassdüse 13 freigibt. Die Auslassdüse 13 ist
so angeordnet und ausgerichtet, dass sich zwischen der Papierbahn 6 und dem
Kalanderband 5 ein Gasdruckpolster ausbildet, welches insbesondere
ein Anschlagen eines abgerissenen Endes der Papierbahn 6 gegen
das Kalanderband 5 nach Möglichkeit verhindert,
zumindest aber die Aufprallenergie mindert. Es ist auch möglich, dass
die Auslassdüse 13 über eine Einrichtung
verfügt, mit der beispielsweise Dämpfungskügelchen
mit ausgestoßen werden. Unter Dämpfungskügelchen ist
beispielsweise an elastische Materialien, an verformbare Materialien
und/oder an Energie dissipierende Materialien zu denken. Beispielsweise
wäre an Schaumstoffmaterialien, wachsartige Materialien, styroporartige
Materialien oder Nicht-Newtonsche Materialien zu denken.
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Darüber
hinaus kann die Auslassdüse 13 gegebenenfalls
zusätzliche Gasausströmöffnungen aufweisen,
die versu chen, die Papierbahn 6 nach unten hin abzuschlagen,
sofern dies bei der jeweiligen Art und Situation der Produktionsstörung
möglich ist.
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In 2 ist
ein zweites Beispiel für einen Bandkalander 23 mit
zum Teil anders gearteten Kalanderbandschutzvorrichtungen 17, 22, 24 dargestellt.
Zur Vereinfachung tragen dabei Teile, die einen ähnlichen
Aufbau bzw. eine ähnliche Funktion aufweisen, die gleiche
Bezugsziffer. Dies heißt jedoch nicht notwendigerweise,
dass es sich um identische Teile hinsichtlich Aufbau und/oder Funktion
handeln muss.
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Beim
in 2 dargestellten Bandkalander 23 ist, ähnlich
wie beim in 1 dargestellten Bandkalander 1,
eine Hubvorrichtung 22 für die Biegeausgleichswalze 2 vorgesehen.
Weiterhin ist eine Entspannungsvorrichtung 17 zur Verringerung
der Spannung des Kalanderbands 5 vorgesehen.
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Zusätzlich
kann die elektronische Steuerung 20 beim Auftreten einer
Produktionsstörung über eine Steuerleitung 21 eine
Folienauftrageeinheit 24 aktivieren. Im Falle einer Störung
trägt diese eine Schutzfolie 25 auf das Kalanderband 5 auf.
Bei der Folie 25 kann es sich um ein nachgiebiges Folienband 25 handeln,
dessen E-Modul beispielsweise in der Größenordnung
des E-Moduls der Papierbahn 6 liegt. Wenn das Kalanderband 5 mit
einer derartigen Schutzfolie 25 überzogen ist,
wird der Kraftimpuls, der beispielsweise von einem auftreffenden
Batzen der Papierbahn 6 auf das Kalanderband 5 ausgeübt wird,
vergleichmäßigt ("verteilt"), so dass die Gefahr einer
Schädigung des Kalanderbands 5 verringert wird.
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Diese
Auftragung des Folienbands 25 setzt natürlich
in aller Regel einen zumindest teilweise geöffneten Nip
voraus, sobald der Anfang der Schutzfolie 25 in die Nähe
des Nipbereichs 18 gelangt. Weiterhin wirkt die Schutzfolie 25 insbesondere
dann, wenn sie adhäsiv am Kalanderband 5 haftet,
als zusätzliche Stützstruktur für das
Kalanderband 5, so dass dieses per se größere
Kraftimpulse aufnehmen kann, ohne dass es beschädigt wird.
Wenn die Schutzfolie 25 einlagig über das gesamte
Kalanderband 5 verteilt ist, kann dieses in an sich bekannter Weise
mit dessen Anfangsbereich verbunden werden, so dass sich ein Endlosband
auch der Schutzfolie 25 ergibt. Der Zuführspeicher 26 der
Schutzfolie 25 ist vorliegend durch eine einfache Vorratsrolle
angedeutet. Selbstverständlich ist es üblicherweise
nötig, hier für einen entsprechenden Vorlauf zu
sorgen, damit die Folie schnellstmöglich auf die Geschwindigkeit
des Kalanderbands 5 beschleunigt werden kann und auf das
Kalanderband 5 aufgezogen werden kann.
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Wie
bereits erwähnt, kann es sich bei der Schutzfolie 25 auch
um ein technisches Textil handeln, welches beispielsweise auf einem
Baumwollgewebe oder auf einem Kevlargewebe basiert. Gegebenenfalls
kann zur Stabilisierung auch eine Stahlfaser mit eingewebt werden
(insbesondere bei einem Baumwollgewebe). Ebenfalls ist an eine Kunststoffummantelung
zu denken, die das entsprechende technische Textil umhüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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