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Die
Erfindung betrifft einen Bandkalander mit wenigstens einem über
mindestens ein Leitmittel umlaufenden Band, das mit wenigstens einem
Umfangsabschnitt einer Gegenwalze eine Kontaktzone bildet, in der
eine Faserstoffbahn mit Druck beaufschlagt wird, und eine innerhalb
des Band-Umlaufs gegen das Band wirkende Druckwalze, und mit wenigstens
einem Druckgeber, der die Druckwalze gegen das Band presst, so dass
im Bereich der Kontaktzone eine auf die Faserstoffbahn wirkende
Druckspitze erzeugt wird.
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Ein
solcher Bandkalander ist beispielsweise aus der
WO 1006/24695 A1 bekannt.
Das umlaufende Band bildet mit einem Umfangsabschnitt einer Gegenwalze
eine Kontaktzone, in der eine Faserstoffbahn behandelt wird. In
der
WO 1006/24695
A1 ist bereits die Anordnung eines Bandes an der oder um die
Ober- und/oder Unterwalze eines Multinip-Kalanders beschrieben.
Mit einem solchen Bandkalander, der mehrere Kontaktzonen (Berührungsfläche
zwischen einem Band und einer Walze) bzw. Nips (Berührungsfläche
zwischen zwei Walzen) aufweist, sind auch höherwertige
Papiersorten auf einen gewünschten Glättewert
kalandrierbar.
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Es
ist nun die Aufgabe der Erfindung, die Effektivität des
bekannten Bandkalanders zu steigern.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Druckgeber oder ein
zweiter Druckgeber in der Lage ist, über die Druckwalze
in einer zweiten Kontaktzone an einer zweiten Gegenwalze eine weitere
auf die Faserstoffbahn wirkende Druckspitze zu erzeugen.
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Auf
diese Weise kann der Materialaufwand an Druckwalzen und Bändern
gegenüber einem bekannten Bandkalander erheblich reduziert
werden, obschon man das gleiche Satinageergebnis erzielen kann.
Das liegt daran, dass man im Rahmen dieser Erfindung lediglich ein
(1) Band nutzt, um wenigstens zwei Kontaktzonen zu schaffen, und
dabei nur eine Druckwalze verwenden muss. Sowohl die Gegenwalzen
als auch die Druckwalze(n) sind dabei vorzugsweise in einer Ständerführung
oder in Hebeln wie bei einem herkömmlichen Mehrwalzenkalander
geführt. Entsprechend versteht man als Druckgeber beispielsweise
einen oder mehrere Hydraulikzylinder, die auf die Lagerungen von
der untersten oder obersten Walze wirken, so dass alle Walzen gegeneinander
gepresst werden. Ohne Band sähe man also einen herkömmlichen
Kalander mit Walzennips, in denen eine Faserstoffbahn behandelt
wird. Mit Hilfe des Bandes, das sich über einen Umfangsabschnitt
einer Walze anschmiegt, wird diese zur Gegenwalze und die Nips zu
breiten Kontaktzonen. Eine Walze des Kalanders ist quasi mit dem
Band umschlungen und wird zur Druckwalze. Unter Berücksichtigung,
dass das „Gerüst” des Bandkalanders einem
gängigen Kalander ähnelt, bietet die Erfindung
auch ein hervorragendes Umbaupotenzial alter Kalander zu einer wesentlichen
Qualitätssteigerung.
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Um
in der Kontaktzone einen möglichst langen Einfluss auf
die Faserstoffbahn ausüben zu können, sollte die
Länge der Kontaktzone des Bandes in Faserbahnlaufrichtung
mit wenigstens einer Gegenwalze vorteilhafterweise mehr als 50,
vorzugsweise mehr als 100 mm betragen. Falls es die geometrischen
Verhältnisse zulassen, ist auch günstig, wenn sowohl
die erste als auch die zweite Kontaktzone des Bandes in Faserbahnlaufrichtung
mit jeweils einer Gegenwalze mehr als 50, vorzugsweise mehr als
100 mm beträgt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausgestaltung, in der der Bandkalander insgesamt
vier Kontaktzonen mit zwei Bändern, wenigstens zwei Druckwalzen und
wenigstens drei Gegenwalzen bildet, wobei die Achsen der Druckwalzen
und der Gegenwalzen in einer Ebene liegen. Man hat auf diese Weise
einen Kalander mit ausreichend Kontaktzonen gebildet, um auch hochwertige
Papier satinieren zu können. Dieser Aufbau kann mit lediglich
fünf Walzen und zwei Bändern realisiert werden.
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Vorzugsweise
ist die Kontaktzonenlänge durch Verstellen des wenigstens
einen Leitmittels einstellbar. Auf diese Weise können je
nach Faserstoffbahnsorte lange oder kurze Kontaktzonen eingestellt
werden. Besonders einfach wird dies durch die Anordnung von jeweils
zwei zueinander verstellbare Leitwalzen vor und nach den Kontaktzonen,
die den Umschlingungswinkel vergrößern je weiter
sie auseinandergesetzt werden.
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Es
ist von Vorteil, wenn der Bandkalander Kontaktzonen unterschiedlicher
Länge aufweisen kann. Auf diese Weise kann man beispielsweise
den Druck von Kontaktzone zu Kontaktzone zu- oder abnehmen lassen.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn wenigstens eine Druckwalze eine Biegeeinstellwalze
ist. Auf diese Weise kann auf die Eigendurchbiegung der Gegenwalzen
Rücksicht genommen werden. Außerdem ist das Dickenquerprofil
der Faserstoffbahn durch zonenverstellbare Stellglieder (beispielsweise
bekannte herkömmliche hydrostatische Stützelemente)
beeinflussbar. Dabei ist es von außerordentlichem Vorteil,
wenn die Biegeeinstellwalze einen Mantel mit Hub besitzt und beidseitig über
Stellglieder zonenweise mit Druck beaufschlagbar ist. In diesem
Fall können beide Kontaktzonen bzw. die gewünschte Druckspitze
darin, unterschiedlich einstellbar gemacht werden. Diese Maßnahme
ist aus gängigen Mehrwalzenkalandern, beispielsweise aus
der
EP 073518561 ,
geläufig. Die technischen Voraussetzungen der
EP 073518561 sollen hier ebenfalls
Bestandteil der Offenbarung dieser Erfindung sein.
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Mit
Vorteil ist dafür gesorgt, dass wenigstens eine Gegenwalze
beheizbar ist. Dadurch wird die Satinageleistung des Kalanders erhöht,
denn die wesentlichen Faktoren zur Satinage sind die Druckspannung,
die Verweilzeit, die Wärmezufuhr und die Feuchtigkeit.
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Es
ist günstig, wenn auch wenigstens ein Band über
eine Temperiervorrichtung temperierbar ist. In diesem Fall ist aber
nicht unbedingt eine Temperatursteigerung gewünscht. Es
kann auch sein, dass die Faserstoffbahn sinnvollerweise über
ein gekühltes Band derart behandelt wird, dass eine Flashverdampfung
nach dem Loslösen der Bahn von der heißen Gegenwalze
vermieden wird. Je nach Faserstoffbahn sind Bandtemperaturen zwischen
20 und 250°C erwünscht.
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Mit
Vorteil weist der Bandkalander wenigstens zwei Bänder auf,
deren Oberflächenrauigkeit unterschiedlich ist. Auf diese
Weise sind unterschiedliche oder sich ergänzende Fahrweisen
möglich. Beispielweise kann zunächst beim ersten
Band mit relativ rauem Band geglättet werden und anschließend mit
einem hochglatten, gegebenenfalls sogar beschichteten Band eine
Endglätte in die Bahn „eingeprägt” werden.
Oder man ist beispielsweise in der Lage, matte Papiersorten in an
dem raueren Band herzustellen.
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Einen
sehr großen Einfluss auf das Satinageergebnis kann man
auch dadurch bewirken, wenn der Bandkalander wenigstens zwei Bänder
aufweist, deren Werkstoff unterschiedlich ist. Ein weiches Kunststoffband
beispielsweise könnte für eine gleichmäßige
Verdichtung der Faserstoffbahn sorgen, während ein hochglattes
Metallband für eine hervorragende Oberfläche sorgt.
Das Metallband ist dazu möglicherweise auch beheizbar.
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Um
der Satinage der Faserstoffbahn weitere positive Einflüsse
hinzuzufügen, ist wenigstens eine Befeuchtungseinrichtung
zur Befeuchtung der Faserstoffbahn vorgesehen. Diese befindet sich
in der Regel vor der ersten Kontaktzone. Es ist aber auch denkbar,
mit einer Befeuchtungseinrichtung im Bandkalander die Feuchtigkeitsverluste
durch die hohen Temperatureinflüsse wieder auszugleichen.
Hier kommen je nach Sorte der Faserstoffbahn Dampf- und/oder Düsenfeuchter
in Betracht, die weitgehend aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Um
das Satinageergebnis nicht durch Ablagerungen von Stickies oder
Strich auf dem Band zu gefährden, ist es nützlich,
wenn wenigstens eine Bandreinigungsvorrichtung vorgesehen ist. Alle
Partikel, die sich auf dem Band festgesetzt haben, würden
sich bei jedem Umlauf in der Kontaktzone in die Faserstoffbahn einprägen,
was verständlicherweise unerwünscht ist.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine Kühlvorrichtung für die Faserstoffbahn
vorgesehen. Nach dem Austritt aus einer heißen Kontaktzone
hat eine Restfeuchtigkeit in der Faserstoffbahn, das Bestreben,
schlagartig zu verdampfen. Dadurch wird die Oberflächenglätte
teilweise wieder zerstört. Deshalb soll unmittelbar nach
der Kontaktzone eine Kühleinrichtung vorgesehen werden,
die die Faserstoffbahn so weit herunterkühlt, dass die
sogenannte Flashverdampfung nicht mehr auftritt. Die Kühlvorrichtung kann
vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeiten haben. Beispielweise
kann die Bahn über eine gekühlte Walze laufen
oder das Band wird über ein Kühlmedium nach der
Kontaktzone gekühlt. Es kann auch sinnvoll sein, in diesem
Bereich eine Haube über der Faserstoffbahn vorzusehen,
die adiabat eine Gleichgewichts-Atmosphäre schafft, in
der es nicht zu Verdampfungen kommt.
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Bevorzugt
ist auch, dass der Bandkalander wenigstens einen zusätzlichen
Nip zur Behandlung der Faserstoffbahn aufweist, der durch eine Gegenwalze
und eine weitere Walze gebildet ist. Die Möglichkeiten,
den Bandkalander dann auch wie einen herkömmlichen Kalander
zu nutzen, vergrößern die die Bandbreite der satinierbaren
Faserstoffbahnsorten.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt
eine schematische Seitenansicht des
erfindungsgemäßen Bandkalanders.
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Beispielhaft
ist er mit speziellen Walzen dargestellt, die für die Ausbildung
von Kontaktzonen 11.1, 11.2 und deren Druckspitzen 19 verantwortlich sind.
Die Kontaktzonen selbst werden jeweils durch die Anlage eines Bandes 8 an
einem Umfangsabschnitt einer Gegenwalze 3 gebildet. Zwischen
der Gegenwalze 3 und dem Band läuft die zu satinierende
Faserstoffbahn 10. Sie wird mit Hilfe von Bahnleitwalzen 2 um
das Band 8 herum von Kontaktzone 11.1 zu Kontaktzone 11.2 durch
den Bandkalander 1 geführt. Im Einlauf in den
Bandkalander 1 wird die Faserstoffbahn 10 in die
Breite gestreckt, um Faltenbildung im weiteren Verlauf zu vermeiden.
Dies geschieht mittels einer Breitstreckwalze 13.
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Auf
der anderen Seite des Bandes 8 wirkt eine Druckwalze 4 auf
die Kontaktzone 11.1. Dies hat zur Folge, dass die Faserstoffbahn 10 in
ihrem Druckverlauf in der Kontaktzone 11.1 eine Druckspitze 19 erfährt.
Der Druckverlauf 18 ist in der Zeichnung gestrichelt dargestellt.
Der gezeigte Bereich entspricht auch der Länge der Kontaktzone 11.1.
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Man
erkennt, dass die Druckwalze zwei Wirkrichtungen hat. In einer zweiten
Kontaktzone 11.2, die das Band 8 mit einer Gegenwalze 3 bildet,
sorgt sie ebenfalls für eine Druckspitze (auf eine zeichnerische
Darstel lung wird hier verzichtet; der Druckverlauf ist ähnlich
dem in der ersten Kontaktzone 11.1).
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Der
Druckverlauf mit einer Druckspitze hat den Vorteil, dass man die
Faserstoffbahn im Kontaktzonenabschnitt vor der Druckspitze 19 volumenschonend
erwärmen kann. Mit einem, gegenüber einem Walzennip
immer noch relativ geringen Druck wird die Bahn im Bereich der Druckspitze 19 geglättet
und anschließend im Auslaufbereich entspannt.
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Die
Erwärmung der Faserstoffbahn erfolgt entweder durch die
beheizbare Gegenwalze 3 oder durch ein erwärmtes
Band 8. Eine beheizbare Gegenwalze, beispielsweise von
Innen über ein durch die Walze geleitetes Heizmedium oder
von Außen über eine Außenheizung, ist
im Stand der Technik hinlänglich geläufig und
muss nicht weiter erläutert werden. Es soll lediglich auf
den Vorteil hingewiesen werden, dass man – sollte das Band
aus Metall bestehen – sowohl für die Gegenwalze
als auch für das Band eine Induktivheizung 6 vorsehen
kann. Diese sind in der Regel zonenweise ansteuerbar, so dass man
für die Glätte der Faserstoffbahn eine Profilierungsmöglichkeit
zur Verfügung hat. Als bevorzugter Temperaturbereich hat
sich für die Gegenwalze ein Wert von 150 bis 300°C
und für das Band von 90 bis 250° ergeben.
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Die
Kontaktzonenlänge muss der Sorte der Faserstoffbahn angepasst
werden. Für die notwendige Energiezufuhr (hohe Temperatur
aber geringer Druck) sind jedoch 50 mm Voraussetzung. Besser ist es,
wenn der Wert 100 mm übersteigt. Beispielsweise haben sich
als passable Richtwerte in Versuchen herausgestellt: 50 bis 100
mm für SC-Papier oder LWC-Papier (Druckspannung ca. 2 bis
40 MPa), 50 bis 150 mm für WFC-Papier (Druckspannung ca.
1 bis 30 MPa) und 40 bis 500 mm für Karton (Druckspannung
ca. 0,1 bis 15 MPa).
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Um
die Kontaktzonenlänge der gerade zu behandelnden Faserstoffbahnsorte
anpassen zu können, sind die Leitmittel 5, um
die das Band 8 umläuft, verstellbar angebracht.
Dies wird durch den Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 21 schematisch angedeutet.
Wenn sowohl rechts als auch links der beiden Kontaktzonen 11.1 und 11.2 jeweils
zwei Leitmittel angeordnet sind, so werden diese, wenn man den Abstand
zwischen ihnen vergrößert, dafür sorgen,
dass sich die Kontaktzonen 11.1, 11.2 verlängern.
Bringt man sie dagegen näher zusammen, so verkleinert sich
der Umschlingungswinkel und somit die Kontaktzonenlänge
des Bandes 8 um die Gegenwalze 3.
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In
einem unteren Bereich des Bandkalanders ist exemplarisch und fakultativ
ein zweites Band 9 vorgesehen, das ebenfalls mit einer
zusätzlichen Gegenwalze 3 zwei weitere Kontaktzonen 11.3, 11.4 schafft.
Bei diesem in der Figur dargestellten Bandkalander bilden demnach
drei beheizbare Gegenwalzen 3 und dazwischen zwei Druckwalzen 4,
die jeweils von einem Band umschlungen sind, vier Kontaktzonen 11.1–11.4,
die genau übereinander liegen. Die Achsen der Gegenwalzen 3 und
der Druckwalzen 4 liegen in einer Ebene. Dadurch wird gegenüber
Einzelaggregaten Raum eingespart. Wie bei einem herkömmlichen
Mehrwalzenkalander sind in nicht dargestellter Weise die Gegenwalzen 3 und
Druckwalzen 4 in einer Ständerführung
oder in Hebeln beweglich angeordnet. So kann ein einzelner Druckgeber 15.1 unter
dem Walzenpaket den Druck und die Druckspitzen in den einzelnen
Kontaktzonen 11.1–11.4 aufbauen.
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Das
Band 9 kann sich von dem Band 8 in der Rauigkeit
oder der den Werkstoffeigenschaften unterscheiden. So kann das erste
Band beispielsweise einen Ra-Wert von 0,05 μm und das zweite
Band einen Ra-Wert von 0,02 μm haben, um die Glätte
im Durchlauf der Bahn steigern zu können. Bei den Werkstoffen
der Bänder 8, 9 sind Metallbänder
zu bevorzugen, aber auch ein glattes und eher weicheres Kunststoffband kann
Vorteile bei bestimmten Sorten von Faserstoffbahnen haben. Gegebenenfalls
ist ein Metallband zur Glätteerhöhung beispielsweise
mit einer Chromschicht belegt. Das Metallband sollte, um ausreichend
flexibel zu bleiben, eine Dicke von 3 mm nicht übersteigen.
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Da
alle Kontaktzonenlängen 11.1–11.4 separat
einstellbar sind, kann man den Bandkalander beispielsweise so aufbauen,
dass die Kontaktlängen 11.1–11.4 in
Bahnlaufrichtung abnehmen, so dass man die Behandlung der Faserstoffbahn 10 aufgrund der
Flächenpressung mit einem sehr sanften Druck in der ersten
Kontaktzone 11.1 beginnt und diesen von Kontaktzonendurchlauf
zu Kontaktzonendurchlauf steigert. Selbstverständlich sind
auch andere Fahrweisen denkbar. Auch hier kann man die günstigste Einstellung
abhängig von der zu behandelnden Faserstoffbahn 10 gegebenenfalls
in Versuchen ausfindig machen.
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Von
besonderer Bedeutung kann es sein, dass die Druckwalzen 4 durchbiegungseinstellbare Walzen
sind. Die Walzen besitzen dann ein feststehendes Joch und einen
darum rotierenden Mantel, der über einzeln oder zonenweise
ansteuerbare hydraulische Stützelemente 15.2 gegen
die Gegenwalze 3 gepresst werden kann. Diese Art von Walzen
im Stand der Technik geläufig und wird von der Anmelderin
unter der Bezeichnung NIPCO geführt. Der Vorteil dieser
Walzen in dem erfindungsgemäßen Bandkalander ist
zum Ersten, dass Profilfehler (in Glanz und Dicke) der Faserstoffbahn 10 über
die Breite ausgeglichen werden können, zum Zweiten, dass
die Walzen sich der Eigendurchbiegung der Gegenwalze 3 anpassen
kann und drittens, dass man über sie die gewünschte
Druckspitze in ihrer Höhe gezielt steuern kann, da sie
die Stützelemente 15.2 selbst Druckgeber im Sinne
der Erfindung sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stützelemente 15.2 in
die Richtung beider benachbarter Gegenwalzen 3 wirken können
und der Mantel gegenüber dem Joch einen Hub ausüben
kann.
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Unter
Umständen ist eine Kühlvorrichtung 7 notwendig,
die im Ausführungsbeispiel als Kühlwalze dargestellt
ist. Sie verhindert das schlagartige Ausdampfen der Faserstoffbahn 10 hinter
einer Kontaktzone 11.3. Auf dem Weg zwischen Kontaktzone 11.3 und
Kühlvorrichtung 7 ist die Bahn mit einer Haube 14 abgedeckt,
so dass sich darunter in nach außen hin adiabater und feuchter
Atmosphäre keine Verdampfung einstellen kann.
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An
den Gegenwalzen 3 und den Bändern 8, 9 kann
eine Reinigungsvorrichtung 16, 17 vorgesehen werden,
damit sich beispielsweise von der Faserstoffbahn 10 gelöste
Streichfarbe nicht ablagern und von Umdrehung zu Umdrehung erneut
in die zu behandelnde Faserstoffbahn eindrücken kann. Die einfachsten
Ausführungsformen für solche Reinigungsvorrichtungen 16, 17 sind
die in der Zeichnung angedeuteten Schaber.
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In
besonderen Fällen kann es beispielsweise notwendig sein,
dass nach den Kontaktzonen 11.1–11.4 ein
abschließender Walzennip folgt. Aus diesem Grund ist gestrichelt
an der untersten Gegenwalze eine weitere Walze 20 dargestellt,
die mit dieser einen Nip bildet und durch den die Faserstoffbahn 10 (gestrichelter
Weg) geführt wird. Beispielsweise kann auf diesem Weg auch
die andere Faserstoffbahnseite einmal Kontakt mit einer beheizten
Gegenwalze bekommen.
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Von
den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfacher
Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere kann zur Behandlung der zweiten Faserstoffbahnseite
ein weiterer Bandkalander vorgesehen werden, der dem ersten nachgeschaltet
ist.
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- 1
- Bandkalander
- 2
- Bahnleitwalze
- 3
- Gegenwalze
- 4
- Druckwalze
- 5
- Leitmittel
- 6
- Temperiervorrichtung
(z. B. Induktivheizung)
- 7
- Kühlvorrichtung
- 8
- Erstes
Band
- 9
- Zweites
Band
- 10
- Faserstoffbahn
- 11.1
bis 11.4
- Kontaktzone
- 12
- Befeuchtungseinrichtung
- 13
- Breitstreckwalze
- 14
- Haube
- 15.1,
15.2
- Druckgeber
- 16
- Reinigungsvorrichtung
Band
- 17
- Reinigungsvorrichtung
Gegenwalze
- 18
- Druckverlauf
Kontaktzone
- 19
- Druckspitze
- 20
- Weitere
Walze
- 21
- Verstellvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 1006/24695
A1 [0002, 0002]
- - EP 073518561 [0010, 0010]