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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Kalander mit mindestens einer mit weicher Walzenbeschichtung
wie zum Beispiel Polymerbeschichtung ausgestatteten Walze und eine
Schleifvorrichtung in Verbindung mit derselben.
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Der Hauptzweck der Kalandrierung
besteht darin, die Oberflächeneigenschaften
und/oder Dicke von Papier auf ein gewünschtes Niveau zu bringen. Bei
der Kalandrierungsbehandlung wird eine Endlospapierbahn durch von
Walzen ausgebildete Walzenspalte geführt. Ein bekann tes Verfahren
ist die Verwendung einer mit einer weichen Walzenbeschichtung ausgestatteten
Walze, zum Beispiel einer polymerbeschichteten Walze, bei der Kalandrierung.
In Kalandern bilden polymerbeschichtete Walzen einen weichen Walzenspalt
mit ihrer Gegendruckwalze, wobei der Walzenspalt länger als
der Walzenspalt zwischen harten Walzen und der auf die Papierbahn ausgeübte örtliche
Oberflächendruck
darin geringer als in dem entsprechenden „harten" Walzenspalt ist.
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Kalander können übereinandergelagerte Walzen
umfassen, zwischen welchen Kalanderwalzenspalte ausgebildet sind.
Der Walzenspalt kann auch zwischen einer polymerbeschichteten Walze und
einer harten Gegendruckwalze desselben in einem einzelnen Kalanderwalzenpaar
ausgebildet sein und der Kalander kann zwei aufeinanderfolgende solcher
Paare umfassen, um eine zweiseitige Behandlung zu erreichen. Die
gegen die polymerbeschichtete Walze positionierte Walze ist typischerweise
eine beheizte, sogenannte Thermowalze, mittels welcher die Temperatur
als eine Variable bei der Kalandrierung von Papier verwendet werden
kann, wodurch jedoch einige Probleme verursacht werden.
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Die Oberfläche der polymerbeschichteten Walze
unterliegt in den Kantenbereichen der Walze, in welchen die durch
den Walzenspalt hindurchgeführte,
zu kalandrierende Papierbahn nicht zwischen der Gegendruckwalze und
der polymerbeschichteten Walze positioniert ist, einer von der Temperatur
der beheizten Gegendruckwalze, d. h. der Thermowalze, abhängigen Wärmebeanspruchung.
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Bekannte Lösungen zum Verhindern der Beschädigung der
Polymerbeschichtung in dem Walzenspalt zwischen der polymerbeschichteten
Walze und der Thermowalze umfassen zum Beispiel die Hin- und Herbewegung
von Papier von einer Kante zu einer anderen, wobei die Durchschnittstemperatur in
den Enden der Walze verringert wird, da das Papier die Enden der
Walze schützt.
Diese Anordnung ist in Offline-Kalandern bekannt.
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Eine weitere bekannte Lösung besteht
darin, das Papier in Überbreite
zu verarbeiten und die Kanten nach dem Kalander abzuschneiden. Eine
solche Lösung
ist zum Beispiel aus der Patentveröffentlichung FI 83249 und der
entsprechenden Veröffentlichung
GB 2218434 bekannt.
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In der Veröffentlichung
US 5,266,167 ist ein Kühlsystem
für eine
polymerbeschichtete Walze offenbart, wobei die Enden der Walze mit
einem Wasserfilm abgekühlt
werden. Der Wasserfilm wird mittels einer Bürste, eines Schwamms oder Filzgewebes
erzeugt, welches mit der Wasserquelle verbunden und in Axialrichtung
der Walze bewegbar ist.
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In der Veröffentlichung
EP 792966 und dem entsprechenden US-Patent
5,816,146 ist ein Kühlsystem
für eine
polymerbeschichtete Walze offenbart, wobei die Enden der Walze mit
einer Isolierbandanordnung geschützt
werden. Vorteilhafterweise ist das Isolierband ein schleifenförmiges Band, das über mindestens
eine Umlenkwalze läuft
und mit einer Spannvorrichtung gespannt ist.
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Ein Problem bekannter Lösungen besteht darin,
dass trotz der Überwachung
der Temperatur der Kantenbereiche der Polymerbeschichtung und der
verschiedenen Kühl-
und Isoliersysteme Beschädigungen
der Beschichtung auftreten. Andererseits erhöht sich der Betriebswirkungsgrad,
wenn das Papier mit Überbreite
durch den Walzenspalt geführt wird,
wobei durch den abzuschneidenden Streifen Verluste entstehen.
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Insbesondere in Kalandern, in welchen
hohe Temperaturen der Gegendruckwalze und große Walzenspaltlasten zur Anwendung
kommen, stellen Beschädigungen
der Walzenbeschichtung und der Kantenbereiche derselben ein Problem
dar. Einige der Beschädigungen
werden durch die Tatsache verursacht, dass die Walze schmutzig geworden
oder die Beschichtung der Walze in dem Bereich der Bahn verschlissen
ist, wobei ein Kontakt mit der Gegendruckwalze unvermeidbar ist.
Die Wärmeausdehnung
der Polymerbeschichtung in dem Kantenbereich mit einer höheren Temperatur
kann auch zur Entwicklung des direkten Kontaktes beitragen.
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Es ist bekannt, die Walzen zur Verhinderung von
Beschädigungen
in Zeitabständen
zu warten. Der Schmutz wird zum Beispiel mittels einer Schleifvorrichtung
abgeschliffen oder es wird eine sogenannte Mikroabschrägung an
der Kante der Beschichtung erzeugt. Die Mikroabschrägung wird
mittels eines Schleif-Pads manuell in dem Moment erzeugt, wenn die
genaue Lage der Bahn im Verhältnis zu
der Beschichtung bekannt ist. Es werden Probleme durch die Tatsache
verursacht, dass manuelles Schleifen mehr oder weniger ungenau ist
und es nicht während
des Betriebes durchgeführt
werden kann. Der Kalander muss dann für Wartungsarbeiten gestoppt
werden.
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Obwohl es möglich ist, Beschädigungen
in den Kantenbereichen der Polymerbeschichtung durch Schleifen zum
richtigen Zeitpunkt zu verhindern, ist es problematisch, dass das
Schleifen eine Einsatzunterbrechung in dem Kalander verursacht.
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Die Internationale Veröffentlichung
WO 99/36616 offenbart ein zur Verhinderung von Fehlern in der Papierbahn
entwickeltes Verfahren, wobei die Kalanderwalze während des
Betriebes unter Verwendung einer quer angeordneten Schleifvorrichtung
geschliffen wird, deren Funktion durch Messvorrichtungen automatisiert
ist, welche die Form der Walze kontrollieren und die Fehler auf
der Oberfläche
derselben erkennen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
in der Beseitigung der Nachteile des Kalandrierungsprozesses insbesondere
außerhalb
des von der Bahn bedeckten Bereiches, und in der Einführung eines Kalanders,
mit dem eine Verhinderung von Beschädigungen der weichen Walzenbeschichtung
der mit der beheizten Gegendruckwalze einen Walzenspalt ausbildenden
Walze in den Kantenbereichen möglich
ist. Um diese Aufgabe zu lösen,
ist der Kalander gemäß der Erfindung
in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifvorrichtung,
die ein Schleifwerkzeug und eine zum Übertragen des Schleifwerkzeuges
gegen die Walzenbeschichtung angeordnete Stelleinrichtung umfasst,
in der Nähe
der weichen Walzenbeschichtung in der außerhalb der Kante der zu kalandrierenden
Bahn verbleibenden Zone positioniert ist. Als Ergebnis der Anordnung
ist es möglich, Maßnahmen
zur Verhinderung von Beschädigungen zum
Beispiel während
des Betriebes des Kalanders durchzuführen. Weiterhin ist es bei
einer Befestigung der Schleifvorrichtung speziell an der Tragkonstruktion
möglich,
das Schleifen mit großer
Genauigkeit durchzuführen,
um zum Beispiel eine Mikroabschrägung
mit genauem Winkel in der Kante der Walzenbeschichtung zu erzeugen.
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Die Funktion der Schleifvorrichtung
kann so automatisiert werden, dass die Stelleinrichtung, die das
Schleifwerkzeug gegen die Walzenbeschichtung überträgt, ihre Befehle auf der Grundlage
der von der Temperaturmessung erhaltenen Informationen erhält. Somit
ist es möglich,
in der die Funktion der Schleifvorrichtung steuernden Einheit zum
Beispiel den Schwellenwert der Oberflächentemperatur festzulegen,
bei der die Schleifvorrichtung mit dem Schleifen beginnt. Der Temperatursensor
ist so platziert, dass er die Temperatur der Beschichtung insbesondere
an der Stelle misst, an der die Entstehung von Beschädigungen
verhindert werden sollte, insbesondere in derselben Kantenzone der
Beschichtung, die den Schleifvorgang durchlaufen wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter
Bezugnahme auf die dazugehörigen
Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei
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1 den
Aufbau einer mit einer weichen Walzenbeschichtung ausgestatteten
Walze und die Lage der Gegendruckwalze derselben und der Papierbahn
veranschaulicht,
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2 eine
Seitenansicht der Walze und der Schleifvorrichtung darstellt, und
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3 die
Schleifvorrichtung und die Walze in größerem Maßstab an der Stelle der Kante
der Beschichtung darstellt.
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In 1 sind
zwei drehbar angeordnete Walzen des Kalanders dargestellt, wobei
die untere der Walzen eine mit einer weichen Walzenbeschichtung wie
zum Beispiel Polymerbeschichtung ausgestattete Walze P ist, die
einen Kalanderwalzenspalt N mit der beheizten Gegendruckwalze, einer
sogenannten Thermowalze, ausbildet. Der Rahmen des Kalanders ist
nicht dargestellt und nur der untere Teil des Mantels der Thermowalze
ist dargestellt. Die Walze P mit der weichen Oberfläche kann
zum Beispiel eine von dem Anmelder hergestellte Walze mit einer „Dura"-Beschichtung sein,
deren Oberflächenrauhigkeit Ra in der Größenordnung von 0,1 bis 0,4 μm liegt und deren
Härtegrad
im Bereich von 85° bis
93° Shore
D variiert, wobei die Erfindung jedoch nicht ausschließlich auf
diese Walzen begrenzt ist. Die beheizte Gegendruckwalze T kann eine
Metallwalze mit einer harten Oberfläche, zum Beispiel eine Hartgusswalze sein.
Die zu kalandrierende Papierbahn W bewegt sich durch den Walzenspalt
N hindurch, wobei sie auf an sich bekannte Art und Weise unter der
Einwirkung von Temperatur und Druck steht. Die Anordnung gemäß 1 kann in einem Kalander
vorhanden sein, wobei der Walzenspalt zwischen den Walzen in einem
Kalanderwalzenpaar ausgebildet ist, wobei zwei solcher Paare aufeinanderfolgend
positioniert sein können,
o der die Anordnung auch in einer Kalanderwalzenbaugruppe mit mehreren
Walzen positioniert sein kann, wobei die beschriebene, mit einer
weichen Walzenbeschichtung ausgestattete Walze zum Beispiel die
Zwischenwalze in der Kalanderwalzenbaugruppe sein kann.
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Die weiche Walzenbeschichtung P1
ist oben auf einem als Kern für
die Walze dienenden geraden, zylindrischen Mantel P2 so positioniert,
dass sie den Mantel zumindest in seinem mittleren Teil bedeckt,
in welchem sich die zu kalandrierende Bahn bewegt. Wie aus der Figur
ersichtlich, kann der Mantel der Walze an beiden Enden der Walze
freiliegen, d. h. die Beschichtung erstreckt sich nicht bis zur
Außenkante der
Walze. Darüber
hinaus sind beide Kanten der Beschichtung innerhalb einer schmalen
Zone mit einer Abschrägung
V versehen, wobei die Beschichtung in der Abschrägung in Richtung des Endes
der Walze nach und nach dünner
wird. Zwischen den Abschrägungen
V verbleibt eine gerade Zone der Walzenbeschichtung P1, die mit
der durch den Walzenspalt P geführten,
zu kalandrierenden Bahn W in Kontakt stehen soll. In diesem Zusammenhang
bezieht sich der Begriff gerade auf die Form der Außenfläche, die ein
Ergebnis der Ebenheit der Beschichtung in Axialrichtung der Walze
ist, wobei mögliche
Durchbiegungen der Walze nicht berücksichtigt sind.
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Der von der Bahn W in dem Walzenspalt
N bedeckte Bereich ist in 1 der
zwischen den gestrichelten Li nien verbleibende Bereich. Wie aus
der Figur ersichtlich, bedeckt die Bahn W die Beschichtung P1 in
dem Walzenspalt in dem Abschnitt zwischen den Abschrägungen V
nicht vollständig
und bedeckt auch die gerade Manteloberfläche der Gegendruckwalze T auf
der gegenüberliegenden
Seite nicht vollständig.
Somit ist ein Bereich außerhalb
der Kanten der Bahn W vorhanden, in welchem die heiße Mantelfläche der
Gegendruckwalze T direkt gegenüber
dem zwischen der Abschrägung
V und der Außenkante
der Bahn W verbleibenden Bereich der Beschichtung P1 positioniert
ist, wodurch das Risiko von oben in der Einleitung beschriebenen
Beschädigungen
verursacht wird. Zur Verhinderung von Beschädigungen ist eine Schleifvorrichtung
G an dem Kantenbereich positioniert, mittels welcher, wenn notwendig,
Schleifen möglich
ist. Die Schleifvorrichtung G ist innerhalb einer geeigneten Entfernung
von dem Walzenspalt N an sich in Richtung des Umfangs der Walze
positioniert.
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In 2 ist
der Aufbau der Schleifvorrichtung G detaillierter dargestellt. Die
Schleifvorrichtung ist in dem Querträger B des Kalanders positioniert und
umfasst ein Schleifwerkzeug 1, zum Beispiel ein Diamant-Schleif-Pad, welches
an einem Schlitten 2 befestigt ist, der so angeordnet ist,
dass er sich mittels einer eine Linearbewegung bewirkenden Stelleinrichtung 4,
vorteilhafterweise mittels einer druckmediumbetätigten Stelleinrichtung wie
zum Beispiel einem Druckluftzy linder, in Bezug auf die Walze P in Radialrichtung
entlang einer in dem Körper 3 der Schleifvorrichtung
positionierten Führung
bewegt. Die Stelleinrichtung 4 kann auch elektrisch betrieben sein.
Die entgegengesetzten Enden der Stelleinrichtung 4 sind
an der Rückseite
des Schlittens 2 und an einem von dem Körper 3 hervorstehenden
Teil befestigt. Der Körper 3 der
Schleifvorrichtung an sich, die sich immer innerhalb einer festen
Entfernung von der Walzenbeschichtung P1 in Radialrichtung befindet, ist
an dem Querträger
B oder an einer mit dem Rahmen des Kalanders verbundenen, entsprechenden Tragkonstruktion
befestigt. Die Schleifvorrichtung G kann so angeordnet sein, dass
sie sich in Querrichtung bewegt, zum Beispiel damit sie immer in
einer dem außerhalb
der Bahn verbleibenden Kantenbereich der Beschichtung gegenüberliegenden
Bereitschaftsposition angeordnet werden kann, wobei sie sich während des
Betriebes des Kalanders in dieser Bereitschaftsposition befindet,
wenn Schleifen nicht notwendig ist.
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In 2 ist
die Schleifvorrichtung G in der Arbeitsposition dargestellt, wobei
die Stelleinrichtung 4 mit einer kurzen Linearbewegung
in Radialrichtung der Walze P das Schleifwerkzeug 1, welches
in der Bereitschaftsposition nicht mit der Beschichtung P1 in Kontakt
stand, mit der Walzenbeschichtung P1 in Kontakt gebracht hat. Die
Krümmung
der Schleiffläche
des Schleifwerkzeuges im Querschnitt der Walze P ent spricht der
Krümmung
der Außenfläche der
Beschichtung P1, wobei das Schleifwerkzeug 1 mit der Beschichtung
P1 innerhalb einer festen Länge
entlang des Umfangs derselben in Kontakt steht.
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In 3 sind
Lage und Aufbau des Schleifwerkzeuges in einer senkrecht zu der
Ansicht von 2 verlaufenden
Ansicht dargestellt. In der Figur ist dargestellt, wie die der Walzenbeschichtung
P1 gegenüberliegend
angeordnete Oberfläche
des Schleifwerkzeuges 1 auch in Bezug auf die Axiallinie der
Außenfläche der
Beschichtung P1 so leicht diagonal positioniert ist, dass es möglich ist,
in der Außenkante
des geraden Abschnittes der Beschichtung, d. h. in einem sich in
Richtung des Endes der Walze P kegelförmig zuspitzenden Teil, eine
Mikroabschrägung
zu erzeugen. In 3 ist
der der Mikroabschrägung
entsprechende Winkel α,
d. h. der Neigungswinkel der Schleiffläche des Schleifwerkzeuges 1 in
Bezug auf die Beschichtung sehr übertrieben dargestellt.
In der Praxis beträgt
der Winkel weniger als 0,5°,
zum Beispiel etwa 0,2°.
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Das Schleifwerkzeug G kann mittels
eines Bedienungsfeldes manuell bedient werden, wenn der Benutzer
Zeichen für
das Risiko einer thermischen Beschädigung, zum Beispiel Schmutz
an der Kante der Beschichtung erkennt. Es ist jedoch möglich, dass
die Vorrichtung automatisch arbeitet, wenn ein mit den Beschädigungsrisiken
in Zusammenhang stehender, fester Schwellenwert erreicht ist. 1 zeigt einen Temperatursensor
S, der in derselben Zone mit der Schleifvorrichtung G, jedoch innerhalb einer
geeigneten Übereckdistanz
von derselben in Umfangsrichtung positioniert ist, wobei der Temperatursensor
S über
eine Datenübertragungsleitung
D mit einer Vergleichereinheit C in Verbindung steht, wobei in der
Vergleichereinheit zuvor ein fester Temperaturwert (Schwellenwert)
eingestellt wird. Dieser Schwellenwert darf von der Kantenzone der
außerhalb
der Bahn W befindlichen Walzenbeschichtung P1 nicht erreicht werden.
Der Sensor S misst die Temperatur des außerhalb der Kante der Bahn
W verbleibenden Kantenbereiches. Wenn die von dem Sensor S gemessene
Temperatur diesen Wert erreicht, überträgt die Vergleichereinheit C über die Steuerleitung
L einen Befehl an die Stelleinrichtung 4 der Schleifvorrichtung
G, um das Schleifwerkzeug 1 gegen die Beschichtung P1 zu übertragen.
Das Schleifen kann während
einer zuvor festgelegten Zeitdauer gleichzeitig ausgeführt werden,
wenn sich die Walze P dreht und die Kalandrierung der Papierbahn
durchführt.
Danach ist wieder die Überwachung der
Temperatur möglich.
Wenn die Temperatur nach einer eingestellten Zeit nicht unter den
Schwellenwert fällt,
wird der Vorgang wiederholt. Alternativ ist es möglich, das Schleifen so lange
fortzusetzen, bis die Temperatur unter den Schwellenwert fällt.
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Die Stelleinrichtung 4 ist
vorteilhafterweise eine druckmediumbetätigte Stelleinrichtung, bei
welcher der darin vorhandene Druck des Druckmediums, zum Beispiel
bei einem Druckluftzylinder der Luftdruck, gleichzeitig den Schleifdruck
bestimmt. Die Stelleinrichtung kann auch elektrisch betrieben sein,
wobei der Schleifdruck von einer elektrischen Variablen abhängig gemacht
werden kann. Die Messung der Temperatur mittels des Sensors S kann
mittels eines bekannten Messverfahrens durchgeführt werden, das zum Messen
von Oberflächentemperaturen
verwendbar ist.
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In 2 sind
auch innerhalb einer geeigneten Übereckentfernung
von der Schleifvorrichtung G positionierte Düsen 6 dargestellt,
wobei die Düsen mit
einer Kühlmittelquelle
verbunden sind, und es gleichzeitig mit dem Schleifen möglich ist,
Kühlmittel, zum
Beispiel Wasser, auf die Beschichtung zu sprühen. Dadurch ist es möglich, die
Walzenbeschichtung P1 schnell zu kühlen, um das Risiko von Beschädigungen
zu minimieren. Somit trocknet das Schleif-Pad die Walze und verhindert
das Spritzen des Kühlmittels.
Damit das Kühlmittel
ausreichend lange wirken kann, sind die Düsen direkt nach der Schleifvorrichtung
G in Drehrichtung, zum Beispiel in einer Übereckentfernung von 90° von derselben
positioniert. Die Düsen 6 können miteinander
verbunden sein, um unter der Steuerung der Vergleichereinheit C
gleichzeitig mit der Schleifvorrichtung G betrieben zu werden.
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Die Erfindung kann in allen Kalandern
angewandt werden, die eine aus einer oben beschriebenen, mit einer
weichen Walzenbeschichtung ausgestatteten Walze und einer beheizten
Thermowalze bestehende Kombination enthalten. Darüber hinaus kann
der Kalander, in welchem die Schleifvorrichtung verwendet wird,
ein Kalander sein, der in einer Fertigungsstraße für Papier oder in einem Offline-Kalander
in einer separaten Fertigbearbeitungsvorrichtung angeordnet ist.
Die Schleifvorrichtung G und eine oder mehrere, möglicherweise
in derselben Kantenzone angeordnete Kühlmitteldüsen 6 können an
beiden Kanten der Beschichtung P1 positioniert sein, obwohl in 1 nur auf einer Kante eine
angeordnete Schleifvorrichtung G dargestellt ist.
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Zusammenfassung
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Kalander
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Die Erfindung betrifft einen Kalander
mit mindestens einer mit weicher Walzenbeschichtung (P1) wie zum
Beispiel Polymerbeschichtung ausgestatteten Walze (P) und eine Schleifvorrichtung
(G) in Verbindung mit der Walze. Die Schleifvorrichtung (G), die
ein Schleifwerkzeug (1) und eine zum Übertragen des Schleifwerkzeuges
(1) gegen die Walzenbeschichtung (P1) angeordnete Stelleinrichtung
(4) umfasst, ist in der Nähe der weichen Walzenbeschichtung
in der außerhalb
der Kante der zu kalandrierenden Bahn (W) verbleibenden Zone positioniert.
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