EP2280118B1 - Walze und Verwendung einer Walze und Verfahren mit einer Walze zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn - Google Patents
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- EP2280118B1 EP2280118B1 EP20100166589 EP10166589A EP2280118B1 EP 2280118 B1 EP2280118 B1 EP 2280118B1 EP 20100166589 EP20100166589 EP 20100166589 EP 10166589 A EP10166589 A EP 10166589A EP 2280118 B1 EP2280118 B1 EP 2280118B1
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
- D21G1/02—Rolls; Their bearings
- D21G1/0206—Controlled deflection rolls
- D21G1/0213—Controlled deflection rolls with deflection compensation means acting between the roller shell and its supporting member
- D21G1/022—Controlled deflection rolls with deflection compensation means acting between the roller shell and its supporting member the means using fluid pressure
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
- D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
- D21F3/02—Wet presses
- D21F3/0209—Wet presses with extended press nip
- D21F3/0218—Shoe presses
Definitions
- the invention relates to a roller and the use of a roller for treating a paper or board web, with a fixed axis and a circumferential jacket, the at least one substantially axially extending in the roller, acting with a concave, hydrostatically lubricated contact surface against the jacket pressure shoe and a strip element arranged in front of it in the direction of rotation of the jacket which, with at least one support element, applies substantially radial forces against the jacket.
- the invention relates to a method for treating a paper or board web with said roll.
- rollers are in use which have a fixed axis. On this axis, at least one contact shoe is supported, which can be hydraulically pressed against a revolving pliable jacket. To avoid wear, the contact surface of the contact shoe, which acts against the jacket, hydrostatically lubricated. Hydrodynamic lubrication, as known from press rolls, is no longer sufficient at the higher pressures in the calender. In general, the jacket is therefore hydrostatically pressed against a counter-roller, which is usually heated. Between the jacket and the counter roll, a running paper or board web is subjected to pressure and temperature and thus satined.
- the contact surface of the pressure shoe is often concave on the jacket and adapted to the contour of the counter roll.
- Such a roll is marketed by the applicant under the name NipcoFlex roll.
- a similarly constructed roll is used as a press roll for dewatering a paper or board web. Due to the low pressure forces a hydrostatic lubrication is not necessary.
- the press roll also has a pliable jacket made of a material with an E-modulus of less than 1000 MPa. In general, a fabric (wire, felt) runs with the web through the nip to absorb the moisture. Exemplary here is the DE 196 15 654 A1 called, in which the jacket runs in a preferably convex portion of the Anpressschuhs on this.
- Such a press roll for dewatering which has in the circumferential direction of the jacket in front of the concave-shaped pressure shoe, a jacket-supporting strip element.
- the strip member serves to run the jacket at an angle in the nip, which ensures a hydrodynamic lubrication on the pressure shoe.
- the DE 69524160T2 EP-A-0698684 discloses such a shell (reference numeral 11) with the main component epoxy, which, as clearly seen, but its convex Retains shape during the course of treatment.
- the jacket of the counter-roller (reference numeral 31), however, is made of a softer material and can be concavely deformed. Accordingly, the epoxy jacket does not have to endure any higher pressures than the pliable jacket of the illustrated shoe roll.
- the nip would not be longer than 25 mm for paper roll diameters (greater than or equal to 600 mm).
- the hydrostatic lubricating film would most likely tear off.
- the roller according to the invention in that the strip element is pressed against the jacket so that the jacket runs tangentially on the concave, hydrostatically lubricated contact surface acting against the jacket contact shoe and rests against the counter roll, so that the loads on the Sheath in the inlet area of the pressure shoe not more than 10% larger than in the contact shoe center and the sheath material has an average modulus of elasticity above 4000 MPa.
- the convex and concave radii of curvature of the jacket are, in absolute terms, not less than 50% of the radius of curvature which the jacket has in the unloaded state.
- the jacket is still deformed as before. But it holds the deformation in limits, in which the total burden of Mantels is as small as possible.
- the mantle is deformed outwards (convexly) beyond only part of its circumference radially beyond the cylindrical shape which it occupies in the unloaded state. In another part, it is deformed radially inwards (concave).
- the compressive and tensile loads are then distributed so evenly that the load overall remains relatively low. However, the burden can not be completely eliminated.
- a maximum deformation of the jacket radially outward corresponds to a maximum deformation radially inwards.
- the maximum deformation is the smallest radius of curvature that the jacket has. This smallest radius of curvature is the same in the convex shape as in the concave shape. This achieves a deformation equilibrium in which the load on the rotating jacket is relatively low.
- the jacket is made up of at least three layers.
- a jacket with a running layer for example made of epoxy or metal
- a reinforced intermediate layer for example made of epoxy or metal
- a functional layer for example, epoxy, epoxy, and a functional layer (Epoxy), which exerts pressure on the paper or board web, is particularly durable.
- the jacket consists at least partly of metal.
- a metal shell is composed in this case of a flexible sheet metal. Like the plastic sheath, it is sealed to end plates at the ends of the roller.
- a metal shell has positive properties in the treatment of various types of paper and board because it can be cooled or heated. In addition, it may be longer lasting and must be reground less frequently.
- the strip element also has a hydrostatic lubrication. As a result, the wear of the shell is reduced.
- hydrostatic pressure pockets may be provided on the surfaces facing the jacket, which are supplied with lubricant radially from further inside the roller.
- the roller comprises a second strip element arranged in the direction of rotation of the jacket behind the contact shoe.
- the object of the invention is achieved in that the strip element is pressed against the jacket with such high pressure that the jacket, which has a jacket material with an modulus of elasticity above 4000 MPa, tangentially to the concave, hydrostatically lubricated contact surface of the acting against the jacket pressure shoe runs and abuts against the counter roll, so that the loads on the jacket in the inlet region of the pressure shoe maximum 10% greater than in the middle area of the contact shoe.
- a simple measure can be taken to ensure that a jacket with a jacket material whose modulus of elasticity is above 4000 MPa can come into contact with a counter-roller at a significantly higher pressure than can be achieved without the adjustment of the strip element let alone be done with a jacket whose shell material has an E-modulus below 1000 MPa.
- the loads in the input and in the center of the contact shoe are of course considered in the circumferential direction.
- the strip element is subjected to pressure via a plurality of axially distributed support elements.
- this offers the possibility of a uniform and relatively large force application, for example via pressure cylinders, on the strip element.
- pressure cylinders for example, to press an epoxy coat to the outside, large forces are required compared to coats of presses or wide-nip calenders.
- the object of the invention is achieved in that the roller, which has a jacket material with an E-modulus above 4000 MPa, is used in a calender for calendering.
- a calender In contrast to a press, a calender is designed to be able to exert a high pressure on the web, in particular for high-quality papers, and thus to smooth the web accordingly. When Satinage but also the gloss of the web is increased. Both contribute to the later printability.
- the surface roughness of the shell of the roll is below a Ra value of 0.3 ⁇ m. In this way, not only the web page, which rests against the smooth and heated counter roll, smoothed, but there are sufficiently good smoothness results also on the web side, which rests on the roll side.
- a roller 1 is disclosed, which is installed in a calender 21.
- the shell 5 of the roller forms outside a contact surface with the outer periphery of a heated counter-roller 2.
- a paper web is subjected to pressure and temperature during operation and smoothed in this way.
- the jacket 5 is fastened at its ends in a manner not shown, the expert but known manner to one end washer lubricant seal. It can be made of a composite of several layers of plastic Arm michsgeweben or alternatively consist of metal in at least one layer. Both types of material can also be combined. In any case, the average modulus of elasticity of the sheath material should be greater than 4000 MPa.
- a pressure shoe 6 with a concave curved contact surface 7 exerts a force on the jacket 5 in the direction of counter-roller 2.
- a pressure is built up on a piston 12.
- the cylinder 8 is supplied with pressure medium, which is also lubricant at the same time.
- pressure medium which is also lubricant at the same time.
- the contact shoe may well be connected to a plurality of pistons 12. The lubricant generates when passing from the pressure pocket 9 on the entire pressure surface 7, a sliding pad to the jacket 5. A material wear both from the pressure surface 7 and the jacket 5 is largely avoided.
- a strip element 13 is arranged in the roller. Here, the direction of rotation 22 of the shell 5 is observed. Also, this strip element is pressed as the pressure shoe via a support member 15 which is formed for example from a piston-cylinder unit, radially against the mantle. Likewise, a hydrostatic lubrication 20 may also be provided here. A second, possibly identical strip element 14 may be arranged behind the contact shoe.
- the pressure surface 7 of the pressure shoe has an inlet region 16 and a central region 17.
- FIG. 2 shows the difference of the pressure curve above the pressure surface 7 on the jacket 5 in a comparison with and without strip element.
- Curve A shows the compressive stress (p) over the pressure surface (length b) when the strip member 13 and the second strip member 14 exert no pressure on the jacket. It can be seen especially in the inlet area a particularly high voltage peak. The sheath material would be damaged in a relatively short time.
- Curve B shows the voltage curve when using the strip element with an optimally adjusted contact force. The use of the strip element causes the jacket to be brought tangentially to the concave contact surface, so that it does not have to "tip over" the edge of the inlet region 16 and abuts the counter-roller 2. The voltage curve remains almost straight after its rise and at the same level until it drops again at the end of the contact surface (b). The jacket 5 is thus claimed much less, although it is from the pressure level ago, about 15 N / mm 2 .
- the contact force is then optimally adjusted when the jacket 5 is brought tangentially to the concave pressure surface 7 of the Anpressschuhs 6 and additionally the convex and concave radii of curvature 18 of the jacket 5 in operation absolutely considered not less than 50% of the radius of curvature 19, the coat in the unloaded condition.
- the radius of curvature 19 of the unloaded roller is substantially equal over the entire circumference and defines a circle.
- the kugradungsradium 18 is due to the pressure of the contact shoe and the strip elements anywhere on the circumference of the shell differently.
- the smallest radius of curvature 18, namely between the strip element 13 and the pressure shoe 6, is 435 mm.
- the jacket 5 is subjected to particularly little stress when a maximum deformation of the jacket 5 radially outward of a maximum deformation radially corresponds to the inside.
- the surface roughness of the shell 5 of the roll 1 should be below a Ra value of 0.3 ⁇ m.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Walze und die Verwendung einer Walze zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer feststehenden Achse und einem umlaufenden Mantel, die zumindest einen im Wesentlichen in Axialrichtung der Walze verlaufenden, mit einer konkaven, hydrostatisch geschmierten Andruckfläche gegen den Mantel wirkenden Anpressschuh und ein im Umlaufrichtung des Mantels davor angeordnetes Leistenelement umfasst, welches mit wenigstens einem Stützelement im Wesentlichen radiale Kräfte gegen den Mantel aufbringt.
- Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn mit der genannten Walze.
- Um einen so genannten Breitnip-Kalander zu schaffen, sind Walzen im Einsatz die eine feststehende Achse aufweisen. Auf dieser Achse stützt sich wenigstens ein Anpressschuh ab, der hydraulisch gegen einen umlaufenden biegeschlaffen Mantel angepresst werden kann. Um Verschleiß zu vermeiden, ist die Kontaktfläche des Anpressschuhs, die gegen den Mantel wirkt, hydrostatisch geschmiert. Eine hydrodynamische Schmierung, wie sie von Presswalzen bekannt ist, reicht bei den höheren Drücken im Kalander nicht mehr aus. In der Regel wird der Mantel also hydrostatisch gegen eine Gegenwalze gedrückt, die meistens beheizbar ist. Zwischen dem Mantel und der Gegenwalze wird eine laufende Papier- oder Kartonbahn mit Druck und Temperatur beaufschlagt und somit satiniert. Um die Kontaktfläche, auch Nip genannt, in Bahnlaufrichtung möglichst lang zu manchen, weil man den Wärmeübergang erhöhen will, ist die Anlagefläche des Anpressschuh an den Mantel oft konkav geformt und der Kontur der Gegenwalze angepasst. Eine solche Walze wird von der Anmelderin unter dem Namen NipcoFlex-Walze vertrieben.
- Eine ähnlich aufgebaute Walze wird als Presswalze zur Entwässerung einer Papier- oder Kartonbahn verwendet. Wegen der geringen Andruckkräfte ist eine hydrostatischen Schmierung nicht notwendig. Auch die Presswalze hat wie die Breitnip-Kalander-Walze einen biegeschlaffen Mantel aus einem Material mit einem E-Modul unter 1000 MPa. In der Regel läuft eine Bespannung (Sieb, Filz) mit der Bahn durch den Nip, um die Feuchtigkeit aufzunehmen. Beispielhaft sei hier die
DE 196 15 654 A1 genannt, bei der der Mantel in einem vorzugsweise konvexen Bereich des Anpressschuhs auf diesen aufläuft. - Am Beispiel der
DE 44 15 645 A1 ist eine solche Presswalze zur Entwässerung offenbart, die in Umlaufrichtung des Mantels vor dem konkav geformten Anpressschuh ein den Mantel stützendes Leistenelement aufweist. Bei dieser Walze dient das Leistenelement dazu, den Mantel unter einem Winkel in den Nip einlaufen zu lassen, der eine hydrodynamische Schmierung am Anpressschuh sicher stellt. - Es hat sich nun gezeigt, dass auch die höhere Druckgebungsmöglichkeit in einem Breitnip-Kalander oft nicht ausreicht. Eine weitere Erhöhung der Drücke ist aber nicht möglich, weil die gängigen Mantetwerkstoffe der Breitnip-Kalander-Walze und der Presswalze mit einem E-Modul unterhalb von 1000 MPa nur Druckspannungen bis zu einer gewissen Grenze von etwa 15 N/mm2 (gemittelt) vertragen können. Die Haupt-Materialkomponente solcher Mantelwerkstoffe war bislang nämlich Polyurethan.
- Bei der Wahl anderer, härterer Mantelwerkstoffe wäre die Biegewechselfestigkeit durch die ständige Umkehr von konvexem zu konkavem Verlauf und zurück pro Umdrehung der ntscheidende Limitierungsfaktor. Die
DE 69524160T2 EP-A-0698684 offenbart einen solchen Mantel (Bezugszeichen 11) mit der Hauptkomponente Epoxid, der, wie deutlich zu erkennen, aber seine konvexe Form bei der Bahnbehandlung beibehält. Der Mantel der Gegenwalze (Bezugszeichen 31) ist dagegen aus einem weicheren Material und kann konkav verformt werden. Der Epoxidmantel muss demnach auch keine höheren Drücke ertragen als der biegeschlaffe Mantel der dargestellten Schuhwalze. - Läuft ein dicker Bezug aus Epoxid auf einem Metallmantel gegen eine beheizte Gegenwalze, wie sie im Kalander verlangt ist, so wäre der Nip bei papiermaschinenüblichen Walzendurchmessern (größer gleich 600 mm) nicht länger als 25 mm.
- Ein Mantel aus einem Epoxidharz allein, der über einen konkav geformten Anpressschuh läuft, würde am Einlauf des Anpressschuhs derart große Biegemomente und entsprechende Biegespannungen erfahren, dass seine Lebensdauer für einen Dauereinsatz in der Papierindustrie viel zu gering wäre. Hinzu kommt, dass bei einer initiierten hohen Druckspannung im Einlauf des Anpressschuhs der hydrostatische Schmierfilm mit großer Wahrscheinlichkeit abreißen würde.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung in einem Kalandernip Druckspannungen über 15 N/mm2 auf die Bahn zu übertragen, ohne auf einen breiten Nip von mindestens 40 mm Länge zu verzichten.
- Die Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Walze dadurch gelöst, dass das Leistenelement derart gegen den Mantel andrückbar ist, dass der Mantel tangential auf die konkave, hydrostatisch geschmierte Andruckfläche des gegen den Mantel wirkenden Anpressschuhs aufläuft und an der Gegenwalze anliegt, so dass die Belastungen auf den Mantel im Einlaufbereich des Anpressschuhs maximal 10% größer als in der Anpressschuhmitte sind, und der Mantelwerkstoff einen mittleren E-Modul oberhalb von 4000 MPa aufweist.
- Unter Belastungen sind hier im Wesentlichen die Druckspannungen im Mantel zu verstehen. Diese sind heute bei bekannten Materialwerten, Streckenlasten und geometrischen Verhältnissen über Finite Elemente Methoden errechenbar. Die Geometrie wird dabei durch die Stellung des Leistenelementes entschieden beeinflusst.
- Wenn davon die Rede ist, dass der Mantel an der Gegenwalze anliegt, dann ist dies im Betrieb natürlich so zu verstehen, dass er unter Zwischenlage einer Bahn an der Gegenwalze anliegt.
- Mit dem den Mantelwerkstoff charakterisierenden E-Modul über 4000 MPa wird dafür gesorgt, dass auch Druckspannungen oberhalb von 15 N/mm2 ohne Weiteres realisierbar sind. Dabei behält der Nip durchaus eine Länge oberhalb von 40 mm.
- Während ein hydrodynamisch erzeugter Schmierfilm in dieser Anordnung bei den gewünschten Druckspannungen oberhalb von 15 N/mm2 seine Trageigenschaft verlieren würde, reißt der hydrostatisch erzeugte Schmierfilm in dieser Ausgestaltung im Einlaufbereich des Anpressschuhs nicht ab.
- Es ist vorteilhaft, wenn die konvexen und konkaven Krümmungsradien des Mantels im Betrieb absolut betrachtet nicht kleiner als 50% des Krümmungsradius sind, den der Mantel im unbelasteten Zustand hat.
- Mit dieser Ausgestaltung wird der Mantel zwar nach wie vor verformt. Man hält aber die Verformung in Grenzen, bei denen die Gesamtbelastung des Mantels möglichst klein ist. Der Mantel wird nur über einen Teil seines Umfangs radial über die Zylinderform, die er im unbelasteten Zustand einnimmt, hinaus nach außen (konvex) verformt. In einem anderen Teil wird er radial nach innen (konkav) verformt. Man kann insgesamt davon ausgehen, dass die Druck- und Zugbelastungen dann so gleichmäßig verteilt sind, dass die Belastung insgesamt relativ gering bleibt. Die Belastung lässt sich allerdings nicht vollkommen beseitigen.
- Durch das Herausdrücken des Mantels nach außen, und zwar in einem Abstand vor dem Anpressschuh läuft der Mantel nicht mehr vor dem Anpressschuh zu einem "Berg" auf, der einen relativ kleinen Krümmungsradius hat und durch den der Mantel stark durch Biege- und Druckspannungen beansprucht wäre. Um ein Beispiel zu bringen, hat sich in Versuchen und dazu notwendigen Berechnungen gezeigt, dass bei einer Walze mit einem unverformten Radius von 755 mm der kleinste Krümmungsradius, nämlich zwischen dem Leistenelement und dem Anpressschuh bei 435 mm liegt. In diesem Fall ist dann sicher gestellt, dass trotz geringer Krümmung die Belastungen auf den Mantel im Einlaufbereich des Anpressschuhs maximal 10% größer als in der Anpressschuhmitte sind.
- Vorzugsweise entspricht eine Maximalverformung des Mantels radial nach außen einer Maximalverformung radial nach innen. Die Maximalverformung ist der kleinste Krümmungsradius, den der Mantel hat. Dieser kleinste Krümmungsradius ist in der konvexen Form genauso groß wie in der konkaven Form. Damit erreicht man ein Verformungsgleichgewicht, bei dem die Belastung des umlaufenden Mantels relativ gering ist.
- Es ist von Vorteil, wenn der Mantel aus mindestens drei Lagen aufgebaut ist. Ein solcher Mantel mit einer Laufschicht (beispielsweise aus Epoxid oder Metall), auf die der wenigstens eine konkave Anpressschuh wirkt, einer armierten Zwischenschicht (CFK, GFK, Aramid o.ä.) und einer Funktionsschicht (Epoxid), die auf die Papier- oder Kartonbahn Druck ausübt, ist besonders beanspruchbar.
- Alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Mantel zumindest zum Teil aus Metall besteht. Ein Metallmantel ist in diesem Fall aus einem biegeweichen Blech zusammengesetzt. Wie der Mantel aus Kunststoff ist er an den Enden der Walze abgedichtet an Stirnscheiben befestigt. Ein Metallmantel hat bei der Behandlung verschiedener Papier- und Kartonsorten positive Eigenschaften, weil er kühl- bzw. beheizbar ist. Außerdem ist er unter Umständen langlebiger und muss seltener nachgeschliffen werden.
- Günstig ist es, wenn auch das Leistenelement eine hydrostatische Schmierung aufweist. Dadurch wird der Verschleiß des Mantels vermindert. Dazu können, wie bei dem Anpressschuh, hydrostatische Drucktaschen auf den dem Mantel zugewandten Flächen vorgesehen sein, die radial von weiter innen in der Walze mit Schmiermittel versorgt werden.
- Da auch am Anpressschuhauslauf unter Umständen höhere Spannungen auf den Mantel auftreten können, ist es vorteilhaft, wenn die Walze ein in Umlaufrichtung des Mantels hinter dem Anpressschuh angeordnetes zweites Leistenelement umfasst. Hier gelten die gleichen Vorteile wie zuvor beschrieben.
- Bezüglich des Verfahrens gemäß Anspruch 8 wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass das Leistenelement mit derart hohem Druck gegen den Mantel gedrückt wird, dass der Mantel, der einen Mantelwerkstoff mit einem E-Modul oberhalb von 4000 MPa aufweist, tangential auf die konkave, hydrostatisch geschmierte Andruckfläche des gegen den Mantel wirkenden Anpressschuhs aufläuft und an der Gegenwalze anliegt, so dass die Belastungen auf den Mantel im Einlaufbereich des Anpressschuhs maximal 10% größer als im Mittenbereich des Anpressschuhs sind.
- In diesem Fall kann über eine einfache Maßnahme dafür gesorgt werden, dass ein Mantel mit einem Mantelwerkstoff, dessen E-Modul oberhalb von 4000 MPa liegt, mit deutlich höherem Druck gegen eine Gegenwalze zur Anlage kommen kann, als dies ohne die Anstellung des Leistenelementes erfolgen kann, geschweige denn mit einem Mantel erfolgen könnte, dessen Mantelwerkstoff einen E-Modul unter 1000 MPa besitzt.
- Die Belastungen im Eingangs- und im Mittenberich des Anpressschuhs sind selbstverständich in Umfangsrichtung betrachtet.
- Es ist günstig, wenn das Leistenelement über mehrere axial verteilte Stützelemente mit Druck beaufschlagt wird. Zunächst einmal hat man dadurch die Möglichkeit einer gleichmäßigen und relativ großen Kraftaufbringung, beispielsweise über Druckzylinder, auf das Leistenelement. Um beispielsweise einen Epoxidmantel nach außen zu drücken, sind schon im Vergleich zu Mänteln aus Pressen oder Breitnip-Kalandern große Kräfte erforderlich. Zudem wird es bei einer Einzelansteuerung der Druckzylinder möglich, ein Querprofil der Spannungen auf den Mantel einzustellen. Insbesondere im axialen Randbereich des Anpressschuhs sind die Verhältnisse unterschiedlich zu denen in der Mitte des Mantels.
- Bezüglich der Verwendung einer Walze gemäß Anspruch 11 wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass die Walze, die einen Mantelwerkstoff mit einem E-Modul oberhalb von 4000 MPa aufweist, in einem Kalander zur Satinage eingesetzt wird.
- Ein Kalander ist im Gegensatz zu einer Presse dazu ausgelegt, insbesondere bei hochwertigen Papieren einen hohen Druck auf die Bahn ausüben zu können und die Bahn damit entsprechend zu glätten. Bei der Satinage wird aber auch der Glanz der Bahn erhöht. Beides ist der späteren Bedruckbarkeit zuträglich.
- Um ein besonders gutes Satinageergebnis zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächenrauigkeit des Mantels der Walze unter einem Ra-Wert von 0,3 µm liegt. Auf diese Weise wird nicht nur die Bahnseite, die an der glatten und beheizten Gegenwalze anliegt, geglättet, sondern es treten hinreichend gute Glätteergebnisse auch an der Bahnseite auf, die an der Walzenseite anliegt.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigt
-
Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Walze -
Figur 2 ein Diagramm zum Vergleich der Druckspannungen am Anpressschuh mit und ohne Leistenelement - In der
Figur 1 wird eine Walze 1 offenbart, die in einem Kalander 21 eingebaut ist. Der Mantel 5 der Walze bildet außen eine Kontaktfläche mit dem Außenumfang einer beheizbaren Gegenwalze 2. Zwischen beiden Walzen wird im Betrieb eine Papierbahn mit Druck und Temperatur beaufschlagt und auf diesem Weg geglättet. - Der Mantel 5 ist an seinen Enden in nicht dargestellter, dem Fachmann aber bekannter Weise an jeweils einer Stirnscheibe schmiermitteldicht befestigt. Er kann aus einem Verbund mehrerer Lagen aus Kunststoff mit Armierungsgeweben oder aber alternativ aus Metall in zumindest einer Lage bestehen. Beide Materialarten sind auch kombinierbar. In jedem Fall soll der gemittelte E-Modul des Mantelwerkstoffs über 4000 MPa liegen.
- Ein Anpressschuh 6 mit konkav gekrümmter Andruckfläche 7 übt eine Kraft auf den Mantel 5 in Richtung Gegenwalze 2 aus. Dazu wird zumindest in einem Zylinder 8 ein Druck auf einen Kolben 12 aufgebaut. Über eine Versorgungsleitung 11 wird der Zylinder 8 dabei mit Druckmittel, das auch gleichzeitig Schmiermittel ist, versorgt. Durch eine Kapillare 10 wird ein Teil des Schmiermittels in eine hydrostatische Drucktasche 9 gefördert, die in der Andruckfläche des Anpressschuhs eingelassen ist. Der Anpressschuh kann durchaus mit mehreren Kolben 12 verbunden sein. Das Schmiermittel erzeugt beim Übertritt aus der Drucktasche 9 auf die gesamte Andruckfläche 7 ein Gleitpolster zum Mantel 5. Ein Materialverschleiß sowohl von der Andruckfläche 7 als auch vom Mantel 5 wird so weitgehend vermieden.
- Vor dem Anpressschuh ist ein Leistenelement 13 in der Walze angeordnet. Hierbei ist die Umlaufrichtung 22 des Mantels 5 zu beachten. Auch dieses Leistenelement wird wie der Anpressschuh über ein Stützelement 15, das beispielsweise aus einer Kolben-Zylinder-Einheit gebildet ist, radial gegen den Mantel gedrückt. Genauso kann auch hier eine hydrostatische Schmierung 20 vorgesehen sein. Ein zweites, ggf. baugleiches Leistenelement 14 kann hinter dem Anpressschuh angeordnet sein.
- Die Andruckfläche 7 des Anpressschuhs besitzt einen Einlaufbereich 16 und einen Mittenbereich 17.
Figur 2 zeigt den Unterschied des Druckverlaufs oberhalb der Andruckfläche 7 auf den Mantel 5 in einem Vergleich mit und ohne Leistenelement. - Kurve A zeigt die Druckspannung (p) über der Andruckfläche (Länge b), wenn das Leistenelement 13 und das zweite Leistenelement 14 keinen Druck auf den Mantel ausüben. Man erkennt besonders im Einlaufbereich einen besonders hohen Spannungspeak. Der Mantelwerkstoff würde in verhältnismäßig kurzer Laufzeit zu Schaden kommen. Kurve B zeigt dagegen den Spannungsverlauf bei Einsatz des Leistenelementes mit einer optimal eingestellten Anlagekraft. Durch den Einsatz des Leistenelementes wird bewirkt, dass der Mantel tangential an die konkave Andruckfläche herangeführt wird, so dass er nicht über die Kante des Einlaufsbereichs 16 "kippen" muss, und an der Gegenwalze 2 anliegt. Der Spannungsverlauf bleibt nach seinem Anstieg nahezu gerade und auf gleichem Niveau bis er am Ende der Andruckfläche (b) wieder abfällt. Der Mantel 5 wird also deutlich weniger beansprucht, obwohl er vom Druckniveau her, über 15 N/mm2 liegt.
- Die Anlagekraft ist dann optimal eingestellt, wenn der Mantel 5 tangential an die konkave Andruckfläche 7 des Anpressschuhs 6 herangeführt wird und zusätzlich die konvexen und konkaven Krümmungsradien 18 des Mantels 5 im Betrieb absolut betrachtet nicht kleiner als 50% des Krümmungsradius 19 sind, den der Mantel im unbelasteten Zustand hat. Der Krümmungsradius 19 der unbelasteten Walze ist im Wesentlichen auf dem gesamten Umfang gleich und definiert einen Kreis. Der Kümmungsradium 18 ist, bedingt durch den Andruck des Anpressschuhs und der Leistenelemente überall auf dem Umfang des Mantels unterschiedlich. Beispielhaft ist bei einer Walze 1 mit einem unverformten Radius 19 von 755 mm der kleinste Krümmungsradius 18, nämlich zwischen dem Leistenelement 13 und dem Anpressschuh 6, 435 mm.
- Besonders wenig beansprucht ist der Mantel 5, wenn eine Maximalverformung des Mantels 5 radial nach außen einer Maximalverformung radial nach innen entspricht. Bei einigen Walzenkonstruktionen ist es sinnvoll, mehrere Stützelemente 15 auf das Leistenelement 13 wirken zu lassen. Durch eine Einzelansteuerung dieser Stützelemente 15 können Spannungskorrekturen, die insbesondere am Anpressschuhrand notwendig werden können, eingeleitet werden.
- Bei der Verwendung der Walze in einem Kalander, wo sie eine besonders hohe Satinagequalität erzielen kann, sollte die Oberflächenrauigkeit des Mantels 5 der Walze 1 unter einem Ra-Wert von 0,3 µm liegen.
-
- 1
- Walze
- 2
- Gegenwalze
- 3
- Papier- oder Kartonbahn
- 4
- Achse
- 5
- Mantel
- 6
- Anpressschuh
- 7
- Andruckfläche
- 8
- Zylinder
- 9
- Drucktasche
- 10
- Kapillare
- 11
- Versorgungsleitung
- 12
- Kolben
- 13
- Leistenelement
- 14
- zweites Leistenelement
- 15
- Stützelement
- 16
- Einlaufbereich
- 17
- Mittenbereich
- 18
- Krümmungsradius
- 19
- Krümmungsradius im unbelasteten Zustand
- 20
- hydrostatische Schmierung des Leistenelementes
- 21
- Kalander
- 22
- Umlaufrichtung
- p
- Druckspannung
- b
- Länge der Andruckfläche in Umfangsrichtung
- A
- Kurvenverlauf ohne Leistenelemente
- B
- Kurvenverlauf mit Leistenelementen
Claims (12)
- Walze zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn (3), mit einer feststehenden Achse (4) und einem umlaufenden Mantel (5), die zumindest einen im Wesentlichen in Axialrichtung der Walze (1) verlaufenden, mit einer konkaven, hydrostatisch geschmierten Andruckfläche (7) gegen den Mantel (5) wirkenden Anpressschuh (6) und ein in Umlaufrichtung (22) des Mantels (5) davor angeordnetes Leistenelement (13) umfasst, welches mit wenigstens einem Stützelement (15) im Wesentlichen radiale Kräfte gegen den Mantel (5) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistenelement (13) derart gegen den Mantel andrückbar ist, dass der Mantel (5) tangential auf die konkave, hydrostatisch geschmierte Andruckfläche (7) des gegen den Mantel (5) wirkenden Anpressschuhs (6) aufläuft und an einer Gegenwalze (2) anliegt, so dass die Belastungen auf den Mantel (5) im Einlaufbereich (16) des Anpressschuhs (6) maximal 10% größer als in der Anpressschuhmitte (17) sind, und der Mantelwerkstoff einen mittleren E-Modul oberhalb von 4000 MPa aufweist.
- Walze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistenelement (13) derart gegen den Mantel (5) andrückbar ist, dass die konvexen und konkaven Krümmungsradien (18) des Mantels (5) im Betrieb absolut betrachtet nicht kleiner als 50% des Krümmungsradius (19) sind, den der Mantel im unbelasteten Zustand hat.
- Walze gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximalverformung des Mantels (5) radial nach außen einer Maximalverformung radial nach innen entspricht.
- Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (5) aus mindestens drei Lagen aufgebaut ist.
- Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel zumindest zum Teil aus Metall besteht.
- Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Leistenelement (13) eine hydrostatische Schmierung (20) aufweist.
- Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein in Umlaufrichtung des Mantels hinter dem Anpressschuh angeordnetes zweites Leistenelement (14) umfasst.
- Verfahren zur Behandlung einer Papier- oder Kartonbahn (3) mit einer Walze (1) mit einer feststehenden Achse (4) und einem umlaufenden Mantel (5), die zumindest einen im Wesentlichen in Axialrichtung der Walze verlaufenden, mit einer konkaven, hydrostatisch geschmierten Andruckfläche (7) gegen den Mantel wirkenden Anpressschuh (6) und ein im Umlaufrichtung (22) des Mantels (5) davor angeordnetes Leistenelement (13) umfasst, welches mit wenigstens einem S ützelement (15) im Wesentlichen radiale Kräfte gegenden Mantel (5) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistenelement (13) mit derart hohem Druck gegen den Mantel (5) gedrückt wird, dass der Mantel (5), der einen Mantelwerkstoff mit einem E-Modul oberhalb von 4000 MPa aufweist, tangential auf die konkave, hydrostatisch geschmierte Andruckfläche (7) des gegen den Mantel (5) wirkenden Anpressschuhs (6) aufläuft und an einer Gegenwalze anliegt (2), so dass die Belastungen auf den Mantel (5) im Einlaufbereich (16) des Anpressschuhs maximal 10% größer als im Mittenbereich (17) des Anpressschuhs sind.
- Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistenelement (13) im Betrieb derart gegen den Mantel (5) angedrückt wird, dass die konvexen und konkaven Krümmungsradien (18) des Mantels (5) im Betrieb absolut betrachtet nicht kleiner als 50% des Krümmungsradius (19) sind, den der Mantel (5) im unbelasteten Zustand hat.
- Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistenelement (13) über mehrere axial verteilte Stützelemente (15) mit Druck beaufschlagt wird.
- Verwendung einer Walze (1) nach Anspruch 1 in einem Kalander zur Satinage.
- Verwendung einer Walze gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauigkeit des Mantels (5) der Walze (1) unter einem Ra-Wert von 0,3 µm liegt.
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