EP0312878A1 - Verfahren zum Betrieb eines Kalanders und Kalander zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Kalanders und Kalander zur Durchführung dieses Verfahrens Download PDF

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EP0312878A1
EP0312878A1 EP88116807A EP88116807A EP0312878A1 EP 0312878 A1 EP0312878 A1 EP 0312878A1 EP 88116807 A EP88116807 A EP 88116807A EP 88116807 A EP88116807 A EP 88116807A EP 0312878 A1 EP0312878 A1 EP 0312878A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
pressure
roll
calender
zones
Prior art date
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Granted
Application number
EP88116807A
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English (en)
French (fr)
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EP0312878B1 (de
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Josef Dr. Pav
Rolf Van Haag
Gerhard Hartwich
Franz Kayser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kleinewefers GmbH
Original Assignee
Kleinewefers GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to AT88116807T priority Critical patent/ATE65561T1/de
Publication of EP0312878A1 publication Critical patent/EP0312878A1/de
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Publication of EP0312878B1 publication Critical patent/EP0312878B1/de
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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
    • D21G1/002—Opening or closing mechanisms; Regulating the pressure
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/002—Opening or closing mechanisms; Regulating the pressure
    • D21G1/0026—Arrangements for maintaining uniform nip conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a calender, in particular a supercalender, with a lower roll, at least one middle roll and an upper roll, of which the upper roll and preferably also the lower roll can be controlled by deflection, in which the roll nips after the introduction of a web from below be concluded in succession above, and on a calender for carrying out this method.
  • Such calenders are primarily used to treat webs of paper, but can also be used for similar materials, such as plastic films.
  • the term "calender” is also intended to refer to smoothing units and similar rolling mills.
  • both the top roller and the bottom roller consist of a roller jacket which is penetrated by a non-rotatable carrier and which can be pressed against the adjacent roller by primary pressure zones which are arranged axially next to one another and can be loaded with adjustable pressure.
  • primary pressure zones On the there are secondary pressure zones on each opposite side of the carrier.
  • the primary and secondary pressure zones are formed by piston-cylinder units, which act on the roller shell via a bearing element with a hydrostatic bearing surface.
  • a pressure setting device can supply the individual pressure zones with the same or different pressure, so that certain desired deflections can be set during operation. In this context, it is also known to heat the hard center rolls.
  • the center rolls of such a calender usually do not have a straight axis. Usually due to overhanging weights at the ends, they assume an upwardly convex shape when unloaded. For this reason, the top roller and the bottom roller must also experience such a bend in operation. If, after the web has been inserted, the nips are closed from bottom to top, the top middle roll, which is bent upwards, is opposed by a top roll which is essentially straight or, due to its weight, even convexly bent downwards. The two rollers therefore first come into contact in the middle of their width. To ensure that the top roller bends according to the shape of the top middle roller, primary pressure zones lying outside the center must be subjected to pressure, some of which is considerable.
  • the invention has for its object to provide a method for operating a calender of the type described above, by means of which the desired properties of the web material (smoothness, gloss, etc.) can be achieved while protecting the specific volume of the web material.
  • This object is achieved in that the upper roller is preformed into a shape corresponding to the course of the uppermost central roller before closing the uppermost nip.
  • This preforming of the top roller ensures that the surface line of the top roller located in the nip plane coincides with the associated surface line of the top center roller.
  • the preformed top roller therefore no longer has to be bent with support on the second top roller when the top nip is closed. Therefore, the minimum value of the line load is reduced considerably. It should be noted here that this reduction applies not only in the uppermost roll nip, but also for all roll nips below it. Because the web traverses the gaps under a lower line load, the desired values of smoothness, gloss or other web properties are achieved without the material being compressed too much. New, previously unattainable calendering effects can be achieved, especially with modern, wide supercalenders.
  • the rollers When the roller gap is closed, the rollers are touched over their entire width from the first contact.
  • the rollers touch each other in a gentle way with even line load distribution.
  • Even if the second top roller is an elastic roller, it is not damaged; rather, their lifespan is significantly extended.
  • the lowest limit of the line load in each individual nip is given by the weight of the rollers above and the parts that can be moved with them. If you want to set a higher line load, it is recommended that the top roller and / or bottom roller only be loaded beyond the weight-related value in order to increase the line load in the roller nips after the uppermost roller gap has been closed. This load therefore has no influence on the pre-deformation.
  • the deflection of the lower roller is controlled when the lowest nip is closed so that the line load in the lowest nip is evenly distributed over the width of the roller, even if the line load increases due to the additional load due to the weight of the center rollers. This ensures that no unacceptable line load peaks occur in the most heavily loaded roller gap during commissioning.
  • the deflection can be controlled so that the line load in the adjacent nip is evenly distributed over the width of the roller. This leads to an even load on the web.
  • the local correction line loads required for the web correction can then be superimposed on the uniform line load profile, so that a uniform product results after the treatment in the calender.
  • the roll shape or the line load is calculated according to a predetermined algorithm and then the corresponding pressure distribution is adjusted depending on the calculated value.
  • the shape of the top roller can be calculated in advance on the basis of the data of the rollers underneath and adjusted accordingly. The same applies to the line load.
  • the weight of the top roller can be at least partially compensated for.
  • the line load applied by the top roller can then be zero or at a very low value, e.g. 2 N / mm, with a uniform distribution of the line load over the entire gap length.
  • the line load in the top nip can therefore be significantly by 20 to 45 N / mm, and thereby achieve new technological effects.
  • the top roller can be heated to a predetermined temperature as a whole or in zones.
  • the uppermost nip When satinizing a paper web, the uppermost nip is usually run through first.
  • the relatively cold material web experiences a thermal shock effect due to the heated top roller and thus a very effective plasticization of the surface layer of the paper web.
  • Like. Can achieve with a lower line load or - with maintaining the line load - with a smaller number of gaps, both of which is a protection of the specific volume.
  • the reduction in the number of gaps also results in lower manufacturing costs and, because of the small number of elastic rollers to be reworked from time to time, lower operating costs.
  • you apply the temperature treatment in the upper nip while maintaining all the other calender features you can further increase the calendering effects.
  • the calendering process consists of the plastoelastic forming of the paper web in the nip.
  • the required shape and property change work is done by adding mechanical and thermal energy.
  • the same specific energy must be supplied to the surface unit of the paper web.
  • the specific proportions of the two types of energy exert a decisive influence on the development of the properties of the web. If you can work with a lower line load in the uppermost nip due to the preformed top roller and supply heat energy for this, you can develop new, previously unattainable calendering effects while largely protecting the specific volume of the paper web.
  • the lower roller and / or at least one central roller can also be heated to a respectively predetermined temperature.
  • the mechanical deformation work which is reduced as a result of the reduction in line load, can then also be replaced by thermal energy in the other roll nips.
  • the temperature of the rollers or roller zones is expediently calculated in accordance with a predetermined algorithm and then adjusted as a function of the calculated value.
  • the initial calculation can be made on the basis of an experience load parameter profile and then corrected on the basis of the measured path data.
  • line load and temperature can be controlled so that the energy transmitted by pressure forces and the heat transferred to the web in the gap are in a ratio that can be predetermined by the desired path data.
  • the web treatment can be optimized with regard to the achievable web data.
  • the paper web when treating paper webs using the calender, can have a higher moisture content than without roller heating, since the drying performance of the calender is higher when the rollers are heated.
  • a correspondingly higher temperature and humidity of the paper web increases the binding ability of the fiber components of the paper web, even at a lower roller pressure due to the extensive compensation of the weight of the top roller. This increases both the strength, e.g. Tear length and tear resistance, as well as the printability properties, such as smoothness and gloss, of the paper web compared to a conventional satin finish without roller heating.
  • the paper web does not already have a correspondingly high level of moisture, it can be ensured that it is moistened before being introduced into the calender.
  • the moisture content of the paper web when it is introduced into the calender can be approximately 7 to 18%, preferably approximately 9 to 18%, in particular approximately 9 to 15%.
  • the temperature of at least the top and bottom rollers is kept at about 80 to 160 ° C, preferably 100 to 140 ° C. This leads to a favorable combination of thermomechanical forming with an increase in the paper web moisture with a view to increasing the binding capacity of the fiber components of the paper web.
  • a calender is provided with a lower roll, at least one middle roll, an upper roll and a pressure setting device, in which the upper roll and preferably also the lower roll have a roll casing which is penetrated by a non-rotatable carrier and which can be loaded with adjustable pressure axially next to one another Primary pressure zones can be pressed against the neighboring roller, and the upper roller above the carrier has secondary pressure zones which can be subjected to adjustable pressure, if it has the characteristic that the pressure adjusting device generates a pressure distribution for the pressure zones which independently causes a bending deformation of the roller shell of the upper roller caused by external forces originating from the neighboring roller.
  • the pressure adjusting device is able to cause such a load on the roll shell that the desired pre-deformation occurs. If the top middle roller is convexly bent upwards in the usual way, secondary pressure zones in the middle of the top roller and primary pressure zones at the ends of the top roller are preferably pressurized.
  • roller shell of the top roller is supported at its ends on a radially displaceable bearing ring and a primary and / or secondary zone through a lower and / or upper pressure chamber is formed between the bearing ring and carrier. Since such pressure chambers, which are also known per se (DE-OS 35 39 428), are located at the very ends of the roll shell, a force acting there leads to a particularly large bending moment, which facilitates the pre-deformation and makes certain shapes possible in the first place.
  • the pressure chamber can be delimited by a piston attached to the bearing ring and a cylinder bore arranged on the carrier. This results in a particularly simple design.
  • the ends of the radially adjustable roller shell can be fixed in a predeterminable position on the carrier. You can therefore adjust the roll shell in the pressure treatment plane, but hold its ends in a certain position. This gives clear reference points for the pre-deformation, so that in most cases it is sufficient to carry out only a certain pressure distribution in the secondary pressure zones.
  • this fixation can take place in that the volume of the pressure chamber can be kept constant by a locking device.
  • Such an embodiment has already been proposed for deflection-controlled rolls (German patent application P 36 11 859).
  • the carrier of the top roller is held by two servomotors acting at the ends and assumes a height position that can be predetermined by a position control loop. Since the carrier is held at a predetermined height by the servomotor, in particular a hydraulic motor, the Ge is in the uppermost nip importance of the wearer is no longer effective. This compensates for part of the weight of the upper roller.
  • a second solution for a calender for carrying out the method according to the invention which is preferably used together with the first solution, relates to a calender with a lower roll, at least one middle roll, an upper roll and a pressure adjusting device, in which the upper roll and preferably also the lower roll one of has a non-rotatable carrier through which the roller jacket can be pressed against the adjacent roller by primary pressure zones arranged axially next to one another and capable of bearing pressure which can be set, with the characteristic that the upper roller is assigned a heating device and an adjusting device which determine the temperature of the upper roller as a whole or in zones holds a predeterminable value.
  • a predetermined thermal energy is supplied to the web in the uppermost nip, which suddenly heats the incoming paper web, so that considerable forming work is already carried out in the first nip.
  • a desired cross profile of the web properties can be achieved by pressure and temperature influence.
  • Such temperature zones are also useful, for example, to eliminate moisture streaks in the web.
  • a heat transfer medium can be heated in the heating device and can be fed to the interior of the top roller via the adjusting device. It is particularly favorable if the pressure zones have bearing elements with a hydrostatic bearing surface and the pressure medium supplied forms the heat transfer medium.
  • Such heaters are known per se for deflection-controlled rollers (DE-OS 35 26 283). However, the importance of heating the top roller of a calendering calender for the purpose of protecting the specific volume of the web had not yet been recognized.
  • a heating device with adjusting device is also assigned to the lower roll and / or at least one middle roll. Thermal energy can then also be supplied in the other nips.
  • a process control system with a computer that calculates target values for the pressure of the pressure medium to be supplied to the individual pressure zones and for the temperature of the rollers or the roller zones based on a desired algorithm and / or measured path data and a controller that calculates the measured values is particularly recommended
  • the actual value of the pressure and the measured actual value of the roller temperature track the calculated target value by means of the pressure setting device.
  • the computer is able to control or regulate the optimal supply of the mechanical energy flow and the thermal energy flow to the respective roll gap on the basis of data previously entered for the calender and the relevant web material, which are either obtained from tests or from calculations.
  • a paper web moistening device can be connected upstream of the calender.
  • middle rolls 6 to 13 are arranged in a calender 1 with two stands 2 and 3 between an upper roll 4 and a lower roll 5, of which the middle rolls 6, 8, 10, 11 and 13 are elastic Wear reference and the rollers 7, 9 and 12 are designed as hard rollers.
  • the bearings 14 of the middle rollers 6 to 13 can be moved along vertical stand guides 15 when the lower roller is raised into the illustrated position with the aid of the hydraulic cylinders 16 and 17. In the lowered position, the bearings 14 rest on adjustable stops 18 of two hanging spindles 19 and 20.
  • the center roller 12 serves as the drive roller, as the clutch 12a shown on the right shows.
  • the upper roller 4 has a roller jacket 21 which is penetrated by a non-rotatable carrier 22. This rests at both ends in bearings 23 and 24, which are held by means of hydraulic motors 25 and 26, but can be positioned at different altitudes. Arrows are axially adjacent primary pressure zones 27 and axially adjacent secondary pressure Zones 28 indicated, each of which a pressure medium with adjustable pressure can be supplied.
  • the primary pressure zones 27 press the roll jacket 21 in the direction of the top middle roll 6; the secondary pressure zones 28 act in opposite directions.
  • the roller jacket 21 is provided with ring bearings 29 and 30, the inner ring of which is either seated firmly on the carrier 22 or can be adjusted radially thereto.
  • the two hydraulic motors 25 and 26 are each assigned a position controller 39a or 40a, which is connected via a connection 39 or 40 to the ends of the carrier 22 of the top roller 4.
  • the beam ends can therefore be positioned very precisely.
  • the lower roller 5 also has a roller jacket 31 and a carrier 32 passing through it.
  • the carrier ends are held in bearings 33 and 34, which can be adjusted vertically by means of the hydraulic cylinders 16 and 17, respectively.
  • primary pressure zones 35 arranged axially next to one another are provided. to which an adjustable pressure can be supplied, by means of which the roller jacket 31 can be pressed against the adjacent roller 13.
  • Secondary pressure zones 36 can also be provided on the opposite side.
  • the ends of the roll shell 31 are supported on the carrier 32 via ring bearings 37 and 38.
  • the pressure zones 27, 28, 35, 36 can be formed, for example, with the aid of bearing elements which can be loaded by two pressure chambers offset in the circumferential direction, as is known from DE-PS 29 42 002 or DE-PS 30 22 491.
  • FIG. 2 Such primary bearing elements 41 with the two pressure chambers 42 and 43 and secondary bearing elements 44 with the two pressure chambers 45 and 46 are illustrated in FIG. 2.
  • the lower roller 5 is constructed accordingly.
  • a pressure setting device 47 serves to pressure chambers 42 to 46 to be supplied with pressure medium, the pressure p of which can be set for each pressure chamber, in order in this way to provide a specific pressure distribution for the primary and secondary pressure zones 27, 28.
  • a corresponding pressure setting device 48 is provided for the primary and secondary pressure zones 35, 36 of the lower roller 5.
  • Fig. 2 the rolls of the supercalender are illustrated in the collapsed state, so that the nips 49 to 51 and 54 to 57 result from the top down (the nips 52 to 54 are not shown).
  • a web 58 is guided through the nips from top to bottom with guide rollers 59 being guided.
  • Sensors 60 and 61 which act over the web width record the actual value of the web properties E W of interest, for example the smoothness or the gloss, after the first nip 49 and after the second nip 57.
  • Corresponding signal transmitters 62 and 63 transmit measurement signals to a process control system 64, which also controls the pressure setting devices 47 and 48.
  • the surface temperature T E of the elastic rollers 6, 8, 10, 11 and 13 measured by sensors 65 and 66 is also fed to the process control system via signal transmitters 67 and 68.
  • the upper roller 4 can be heated by means of a heat transfer medium.
  • a temperature measuring device 69 detects the top roller temperature T O and forwards the measured values to the process control device 64, while, conversely, this adjusts the heat flow according to the desired temperature with the setting device 70.
  • the lower roller 5 has a measuring device 71 for the lower roller temperature T U, which is fed to the process control system 64, and therefore the heat flow to the desired temperature T U by means of the adjusting device 72 is controlled here.
  • At least some of the center rolls, here center rolls 7 and 12, are also equipped with a measuring device 73 and 74 for the center roll temperature T H and a corresponding setting device 75 and 76, respectively.
  • the process control system 64 has a computer 77 and a controller 78.
  • the computer calculates target values for the pressure in the individual pressure zones and for the roller temperature according to a predetermined algorithm based on the data of the calender and the desired load parameters, which in turn depend on the desired web data . These setpoints can be corrected depending on the measured path data.
  • the controller 78 then ensures that the actual value of the pressure and the temperature are each tracked to the calculated target values.
  • the process control system works in accordance with European patent application 87108762.
  • a paper web moistening device 79 is also connected upstream of the calender, through which a paper web 58 to be introduced into the calender is additionally moistened in accordance with the selected roller temperature if the moisture of the paper web can be increased further in accordance with the higher drying performance achieved by the roller heating. In this way, the strength and printing properties of the paper web can be increased.
  • Such a calender can be operated as follows: in the idle state, the lower roller 5 is lowered, the middle rollers 6 to 13 rest on the stops 18 of the hanging spindles 19 and 20.
  • the upper roller 4 is held by the hydraulic cylinders 25 and 26.
  • the center rollers 6 to 13 have an upward convex curvature because of the weights overhanging their bearings 14, for example due to guide rollers. If the lower roller 5 is raised with the aid of the hydraulic cylinders 16, 17, the bottom middle roller 13 is taken first, then the next middle roller 12 and so on.
  • the pressure setting in the primary pressure zones 35 and possibly also the secondary pressure zones 36 of the lower roller 5 is such that, before contacting the lower central roller 13, the lower roller 5 is pre-deformed in such a way that, when carried, the line load in the lowest roller gap 57 is distributed uniformly over the gap length is. Since the data of the calender are known, the pressure distribution required for this can be calculated. It is gradually changed with further lifting, so that the even line load in the lowest gap 57 is maintained, even if the weight of a new center roller is added.
  • the upper roller 4 is, as shown in FIG. 1, preformed before the uppermost roller gap 49 closes in such a way that its lower surface line corresponds exactly to the upper surface line of the center roller 6.
  • the pressure distribution required for this is also determined using a computing algorithm.
  • the correct bending moment is obtained, for example, by supplying pressure medium to the middle secondary pressure zones 28 and the outer primary pressure zones 27. If the roller bearings 29 and 30 are fixed on the carrier 22, it may be sufficient to introduce pressure medium only in the secondary pressure zones.
  • the line load in the first roll nip 49 can be kept extremely low if, for example, the support 22 for the upper roll has a defined position due to the position controllers 39a and 40a and the roll jacket 21 is fixed at its ends to the carrier 22. Then no weight forces of the upper roller 4 act on the lower rollers. If just as high forces are applied by the hydraulic cylinders 16 and 17 as correspond to the weight of the stack of rollers 5 to 13, the line load in the uppermost gap 49 can be kept practically to zero.
  • the upper roller 4, the lower roller 5 and some middle rollers 7 and 12 is supplied with a heat transfer medium such that a certain roller temperature is established.
  • a certain roller temperature is established.
  • the moisture of the paper web can be increased according to the selected roller temperature by means of the paper web moistening device 79.
  • Moisture contents of about 7 to 18%, preferably about 9 to 18%, in particular 9 to 15% at roller temperatures, in particular the top roller 4, of about 80 to 160 ° C., preferably about 100 to 140 ° C., are favorable.
  • the top roller 104 illustrated in FIG. 3 differs in some parts from that of FIGS. 1 and 2. Reference numerals increased by 100 are therefore used.
  • the primary pressure zones 127 are formed with the aid of bearing elements 141 which have a hydrostatic bearing surface 180. Such bearing surfaces have pocket-like depressions which are connected to the associated pressure chamber via a throttle.
  • the secondary pressure zones 128 are formed with the aid of bearing elements 144, the hydrostatic bearing surfaces 181 of which have a smaller area.
  • the pressure zones are combined in two or three and are supplied with pressure medium via corresponding pressure lines 182, which reaches the interior 183 of the roll shell 121 via the individual pressure chambers and the pockets in the hydrostatic bearing surface.
  • the associated outflow occurs like the inflow over the bearing journal 184 of the carrier 122 and is not illustrated. Because of the further construction of such a Waze reference is made to DE-OS 35 39 428.
  • a pump 185 conveys pressure medium via a heating device 186 to the setting device 147 for the pressure p, which in turn is specified by the process control system 164.
  • the temperature of the upper roller 104 is determined in that the pressure medium also serves as a heat carrier, which is heated in the heating device 186 to the predetermined temperature.
  • the pressure medium can be heated to a constant temperature if the pressure setting device 147 is designed in accordance with DE-OS 35 16 535. Then it is also possible to heat the roller differently zone by zone.
  • the combined pressure zones 127, 128 then each form a temperature zone.
  • Fig. 3 further shows how the ends of the roll shell 121 can be moved radially and still be fixed in position.
  • the bearing 130 is supported on a bearing ring 187 which carries two pistons 188 and 189 lying opposite one another and which engage in corresponding cylinders 190 and 191 of the carrier 122.
  • the pressure setting device 147 has two locking devices 194, with the aid of which the volume in the pressure chambers 192 and 193 can be fixed. Because of the structure of such blocked chambers, reference is made to German patent applications P 36 11 859 and P 36 44 170. With this measure it is possible, for example, to achieve the desired pre-deformation by blocking the pressure chamber 192 and loading the secondary pressure zones 128 in the central region of the top roller.
  • FIG. 4 in which reference numerals increased by 200 are used, apart from an upper roller 204 and a lower roller 205, only a central roller 206.
  • the pressure zones have not been drawn in detail.
  • the roller jacket 221 of the top roller 204 is radially displaceable but can be fixed on the carrier 222.
  • the roller jacket 231 of the lower roller 205 is fixedly mounted on the carrier 232. The same conditions occur here as with a larger roll stack.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Kalanders (1) sieht vor, daß die Oberwalze (4) vor dem Schließen des ober­sten Walzenspalts in eine dem Verlauf der obersten Mit­telwalze (6) entsprechende Form vorgeformt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt die Oberwalze (4) einen von einem drehfesten Träger (22) durchsetzten Walzenmantel (4) mit Primär-Druckzonen (27) und Sekun­där-Druckzonen (28). Eine Druckeinstellvorrichtung sorgt für eine Druckverteilung für die Druckzonen (27, 28), die eine Biegeverformung des Walzenmantels (21) unab­hängig von von der Nachbarwalze (6) herrührenden äußeren Kräften hervorruft. Ferner ist der Oberwalze (4) eine Heizvorrichtung zugeordnet, die die Temperatur der Ober­walze auf einem vorgegeben Wert hält. Dies erlaubt eine Verbesserung des Satinierprozesses bei gleichzeitiger Schonung des spezifischen Volumens der behandelten Bahn.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Kalanders, insbesondere Superkalanders, mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze und einer Ober­walze, von denen die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind, bei dem die Walzenspalte nach dem Einführen einer Bahn von unten nach oben nacheinander geschlossen werden, sowie auf einen Kalander zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Solche Kalander dienen in erster Linie der Behandlung von Bahnen aus Papier, können aber auch für ähnliche Materialien, wie Kunststoff-Folien, eingesetzt werden. Der Begriff "Kalander" soll auch Glättwerke und ähnliche Walzwerke bezeichnen.
  • Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 34 16 210) besteht sowohl die Oberwalze auch auch die Unterwalze aus einem von einem drehfesten Träger durch­setzen Walzenmantel, der durch axial nebeneinander ange­ordnete, mit einstellbarem Druck belastbare Primär-Druck­zonen gegen die Nachbarwalze drückbar ist. Auf der jeweils gegenüberliegenden Seite des Trägers befinden sich Sekundär-Druckzonen. Die Primär- und Sekundär-Druck­zonen werden durch Kolben-Zylinder-Einheiten gebildet, die über ein Lagerelement mit hydrostatischer Lagerfläche auf den Walzenmantel wirken. Eine Druckeinstellvorrich­tung vermag den einzelnen Druckzonen gleichen oder unter­schiedlichen Druck zuzuführen, so daß sich im Betrieb bestimmte gewünschte Durchbiegungen einstellen lassen. In diesem Zusammenhang ist es auch schon bekannt, die harten Mittelwalzen zu beheizen.
  • Die Mittelwalzen eines solchen Kalanders haben normaler­weise keine gerade Achse. Zumeist infolge überhängender Gewichte an den Enden nehmen sie im unbelasteten Zustand eine nach oben konvexe Form ein. Aus diesem Grund müssen auch die Oberwalze und die Unterwalze im Betrieb eine solche Biegung erfahren. Wenn nach dem Einlegen der Bahn die Walzenspalte von unten nach oben geschlossen werden, steht der nach oben durchgebogenen obersten Mittelwalze eine im wesentlichen gerade oder aufgrund ihres Gewichts sogar konvex nach unten durchgebogene Oberwalze gegenüber. Die beiden Walzen kommen daher zunächst in der Mitte ihrer Breite in Berührung. Damit sich die Oberwalze entsprechend der Form der obersten Mittelwalze durchbiegt, sind außerhalb der Mitte liegende Primär-Druckzonen mit zum Teil erheblichem Druck zu beaufschlagen. Auf diese Weise ergibt sich ein Mittelwert der Streckenlast im obersten Walzenspalt, der nicht unterschritten werden, sondern durch äußere Belastungs­kräfte nur noch erhöht werden kann. In den darunter befindlichen Walzen nimmt die Streckenlast linear von oben nach unten zu, weil dort die Gewichtskräfte der darüber befindlichen Walzen zusätzlich wirksam sind. Hohe Streckenlast bedeutet aber, daß die gewünschten Bahneigenschaften, wie Glanz, Glätte, Bedruckbarkeit u. dgl. nur unter entsprechender Verdichtung des Bahn­materials erzielt werden.
  • Da die Anfangsberührung der Oberwalze mit der darunter befindlichen Mittelwalze nur "punktuell" oder über einen kurzen mittleren Abstand erfolgt, kann dies bei elasti­schen Walzen, wie sie bei Superkalandern üblicherweise als zweitoberste Walze angeordnet sind, zu deutlichen, oft sogar irreparablen Beschädigungen führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kalanders der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dessen Hilfe die gewünschten Eigen­schaften des Bahnmaterials (Glätte, Glanz u.dgl.) bei Schonung des spezifischen Volumens des Bahnmaterials erzielt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberwalze vor dem Schließen des obersten Walzenspalts in eine dem Verlauf der obersten Mittelwalze entsprechen­de Form vorgeformt wird.
  • Durch diese Vorformung der Oberwalze wird erreicht, daß die in der Spaltebene befindliche Mantellinie der Oberwalze mit der zugehörigen Mantellinie der obersten Mittelwalze übereinstimmt. Die vorgeformte Oberwalze muß daher beim Schließen des obersten Walzenspalts nicht mehr unter Abstützung auf der zweitobersten Walze gebogen werden. Deshalb ist der Kleinstwert der Streckenlast ganz erheblich herabgesetzt. Hierbei ist zu beachten, daß diese Herabsetzung nicht nur im obersten Walzenspalt, sondern auch für alle darunter liegenden Walzenspalte gilt. Weil die Bahn die Spalte unter geringerer Strecken­last durchläuft, werden die angestrebten Werte der Glät­te, des Glanzes oder einer anderen Bahneigenschaft er­zielt, ohne daß das Material zu stark verdichtet wird. Es können neue, bisher nicht realisierbare Satiniereffek­te, insbesondere bei modernen, breiten Superkalandern, erreicht werden.
  • Beim Schließen des Walzenspalts kommt es bereits beim ersten Kontakt zu einer Berührung der Walzen über deren gesamte Breite. Die Walzen berühren einander auf scho­nende Weise mit gleichmäßiger Streckenlastverteilung. Auch wenn die zweitoberste Walze eine elastische Walze ist, wird sie nicht beschädigt; vielmehr wird ihre Le­bensdauer deutlich verlängert. Durch die Verbesserung der Funktionalität der elastischen Walze werden Bahn­beschädigungen bei der Einführung der Warenbahn in den Spalt, Faltenbildung und Bahnrisse vermieden.
  • Die unterste Grenze der Streckenlast in jedem einzelnen Walzenspalt ist durch das Gewicht der darüber befind­lichen Walzen und der mit ihnen bewegbaren Teile gege­ben. Will man eine höhere Streckenlast einstellen, emp­fiehlt es sich, daß erst nach dem Schließen des obersten Walzenspalts die Oberwalze und/oder Unterwalze zur Erhö­hung der Streckenlast in den Walzenspalten über den gewichtsbedingten Wert hinaus belastet wird. Diese Be­lastung hat daher auf die Vorverformung keinen Einfluß.
  • Desweiteren ist es günstig, daß die Durchbiegung der Unterwalze beim Schließen des untersten Walzenspalts so gesteuert wird, daß die Streckenlast im untersten Walzenspalt über die Walzenbreite gleichmäßig verteilt ist, auch wenn sich die Streckenlast infolge der Zusatz­belastung durch das Gewicht der Mittelwalzen erhöht. Damit ist sichergestellt, daß bei der Inbetriebnahme in dem am stärksten belasteten Walzenspalt keine unzu­lässigen Streckenlastspitzen auftreten.
  • Desweiteren kann die Durchbiegung so gesteuert werden, daß die Streckenlast im angrenzenden Walzenspalt über die Walzenbreite gleichmäßig verteilt ist. Dies führt zu einer gleichmäßigen Belastung der Bahn.
  • Die zwecks Bahnkorrektur erforderlichen örtlichen Korrek­turstreckenlasten können dann dem gleichmäßigen Strecken­lastprofil überlagert werden, so daß sich nach der Be­handlung im Kalander eine gleichmäßige Ware ergibt.
  • Desweiteren empfiehlt es sich, daß die Walzenform oder die Streckenlast gemäß einem vorgegebenen Algorithmus berechnet und dann die entsprechende Druckverteilung in Abhängigkeit vom berechneten Wert eingeregelt wird. So kann man die Form der Oberwalze aufgrund der Daten der darunter befindlichen Walzen vorherberechnen und entsprechend einstellen. Ähnliches gilt auch für die Streckenlast.
  • Desweiteren kann das Gewicht der Oberwalze wenigstens teilweise kompensiert werden. Die Streckenlast, die durch die Oberwalze aufgebracht wird, kann dann bei Null oder auf einem sehr niedrigen Wert, z.B. 2 N/mm, liegen, und zwar bei gleichmäßiger Verteilung der Streckenlast über die gesamte Spaltlänge. Man kann daher die Streckenlast im obersten Walzenspalt ganz wesentlich, z.B. um 20 bis 45 N/mm, reduzieren und dadurch neue technologische Effekte erzielen.
  • Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Oberwalze insgesamt oder zonenweise auf eine vorgegebene Temperatur beheizbar ist.
  • Beim Satinieren einer Papierbahn wird der oberste Walzen­spalt in der Regel zuerst durchlaufen. Die relativ kalte Materialbahn erfährt durch die beheizte Oberwalze eine Thermo-Schockwirkung und damit eine sehr wirksame Plasti­fizierung der Oberflächenschicht der Papierbahn. Das bedeutet, daß man die gewünschten Werte der Glätte, des Glanzes u. dgl. mit geringerer Streckenlast oder - bei Beibehaltung der Streckenlast - mit geringerer Spaltzahl erreichen kann, was beides zu einer Schonung des spezifischen Volumens führt. Die Verminderung der Spaltzahl ergibt auch kleinere Herstellungskosten und wegen der geringen Anzahl der von Zeit zu Zeit nachzu­bearbeitenden elastischen Walzen kleinere Betriebskosten. Und wenn man die Temperaturbehandlung im oberen Walzen­spalt unter Beibehaltung aller übrigen Kalandermerkmale anwendet, kann man die Satiniereffekte noch weiter stei­gern.
  • Gerade in Verbindung mit der durch die vorgeformte Ober­walze möglichen Verminderung der Streckenlast im ober­sten Walzenspalt ergeben sich zusätzliche Vorteile. Der Satinierprozeß besteht in der plastoelastischen Umformung der Papierbahn im Walzenspalt. Die benötigte Form- und Eigenschaftsänderungsarbeit wird durch die Zuführung von mechanischer und thermischer Energie ge­leistet. Zur Erzielung eines gleichen technologischen Ergebnisses muß der Flächeneinheit der Papierbahn die gleiche spezifische Energie zugeführt werden. Die spezi­fischen Anteile der beiden Energiearten üben hierbei einen entscheidenden Einfluß auf die Eigenschaftsent­wicklung der Warenbahn aus. Wenn man wegen der vorge­formten Oberwalze im obersten Walzenspalt mit geringerer Streckenlast arbeiten kann und dafür Wärmeenergie zu­führt, erschließt man neue bisher nicht realisierbare Satiniereffekte bei weitgehender Schonung des spezifi­schen Volumens der Papierbahn.
  • Weitere Verbesserungen bringt es, wenn auch die Unterwal­ze und/oder mindestens eine Mittelwalze auf eine jeweils vorgegebene Temperatur beheizbar ist. Auch in den weite­ren Walzenspalten kann dann die infolge Streckenlast­verminderung herabgesetzte mechanische Formänderungs­arbeit durch Wärmeenergie ersetzt werden.
  • Zweckmäßigerweise wird die Temperatur der Walzen bzw. Walzenzonen gemäß einem vorgegebenen Algrithmus berechnet und dann in Abhängigkeit vom berechneten Wert einge­regelt. Die Ausgangsberechnung kann aufgrund eines Er­fahrungs-Lastparameterprofils vorgenommen und dann je­weils anhand der gemessenen Bahndaten korrigiert werden.
  • Insbesondere können Streckenlast und Temperatur so gere­gelt werden, daß die durch Druckkräfte und die durch Wärme auf die Bahn im Spalt übertragene Energie in einem durch die gewünschten Bahndaten vorgebbaren Verhältnis stehen. Auf diese Weise läßt sich die Bahnbehandlung hinsichtlich der erzielbaren Bahndaten optimieren.
  • So kann bei der Behandlung von Papierbahnen mittels des Kalanders die Papierbahn einen höheren Feuchtigkeits­gehalt als ohne Walzenbeheizung aufweisen, da die Trock­nungsleistung des Kalanders bei beheizten Walzen höher ist. Eine entsprechend höhere Temperatur und Feuchtigkeit der Papierbahn erhöht, selbst bei geringerem Walzendruck aufgrund der weitgehenden Kompensation des Gewichts der Oberwalze, die Bindungsfähigkeit der Faserbestand­teile der Papierbahn. Dies steigert sowohl die Festig­keit, z.B. Reißlänge und Weitreißfestigkeit, als auch die Bedruckbarkeitseigenschaften, wie Glätte und Glanz, der Papierbahn im Vergleich zu einer herkömmlichen Sati­nage ohne Walzenbeheizung.
  • Wenn die Papierbahn nicht bereits eine entsprechend hohe Feuchtigkeit hat, kann dafür gesorgt sein, daß sie vor Einleitung in den Kalander befeuchtet wird.
  • Insbesondere kann der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn bei der Einleitung in den Kalander etwa 7 bis 18 %, vorzugsweise etwa 9 bis 18 %, insbesondere etwa 9 bis 15 %, betragen.
  • Hierbei kann dafür gesorgt sein, daß die Temperatur wenigstens der Ober- und Unterwalze auf etwa 80 bis 160°C, vorzugsweise 100 bis 140°C, gehalten wird. Dies führt zu einer günstigen Kombination von thermomechani­scher Umformung mit der Anhebung der Papierbahnfeuchtig­keit im Hinblick auf eine Steigerung der Bindungsfähig­keit der Faserbestandteile der Papierbahn.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Kalander mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze, einer Oberwalze und einer Druckeinstellvor­richtung, bei dem die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze einen von einem drehfesten Träger durch­setzten Walzenmantel aufweist, der durch axial neben­einander angeordnete, mit einstellbarem Druck belastbare Primär-Druckzonen gegen die Nachbarwalze drückbar ist, und die Oberwalze oberhalb des Trägers mit einstellbarem Druck beaufschlagbare Sekundär-Druckzonen aufweist, geeignet, wenn er das Kennzeichen besitzt, daß die Druck­einstellvorrichtung eine Druckverteilung für die Druck­zonen erzeugt, die eine Biegeverformung des Walzenman­tels der Oberwalze unabhängig von von der Nachbarwalze herrührenden äußeren Kräften hervorruft.
  • Unter Ausnutzung der an sich bekannten Primär- und Se­kundär-Druckzonen, vermag die Druckeinstellvorrichtung eine solche Belastung des Walzenmantels zu bewirken, daß die gewünschte Vorverformung eintritt. Wenn in üb­licher Weise die oberste Mittelwalze nach oben konvex gebogen ist, werden bevorzugt Sekundär-Druckzonen in der Mitte der Oberwalze und Primär-Druckzonen an den Enden der Oberwalze mit Druck beaufschlagt.
  • Empfehlenswert ist es, daß der Walzenmantel der Oberwal­ze an seinen Enden je auf einem radial verschiebbaren Lagerring gelagert ist und eine Primär- und/oder Sekun­därzone durch eine untere und/oder obere Druckkammer zwischen Lagerring und Träger gebildet ist. Da sich solche Druckkammern, die an sich ebenfalls bekannt sind (DE-OS 35 39 428), ganz an den Enden des Walzenmantels befinden, führt eine dort wirkende Kraft zu einem beson­ders großen Biegemoment, was die Vorverformung erleich­tert und bestimmte Formen erst möglich macht.
  • Insbesondere kann die Druckkammer durch einen am Lager­ring angebrachten Kolben und eine am Träger angeordnete Zylinderbohrung begrenzt sein. Dies ergibt eine beson­ders einfache Ausführung.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der radial verstellbare Walzenmantel mit seinen Enden in einer vorgebbaren Lage am Träger fixierbar. Man kann daher den Walzenmantel in der Druckbehandlungsebene verstel­len, seine Enden aber in einer bestimmten Position fest­halten. Dies ergibt eindeutige Bezugspunkte für die Vorverformung, so daß es in den meisten Fällen genügt, nur noch eine bestimmte Druckverteilung bei den Sekun­där-Druckzonen vorzunehmen.
  • Insbesondere kann diese Fixierung dadurch erfolgen, daß das Volumen der Druckkammer durch eine Sperrvorrich­tung konstant haltbar ist. Eine solche Ausgestaltung ist für sich bei durchbiegungsgesteuerten Walzen schon vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung P 36 11 859).
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dafür ge­sorgt, daß der Träger der Oberwalze von zwei an den Enden angreifenden Stellmotoren gehalten ist und eine durch einen Positionsregelkreis vorgebbare Höhenlage einnimmt. Da der Träger durch den Stellmotor, insbeson­dere ein Hydraulikmotor, in einer vorgegebenen Höhe festgehalten wird, ist im obersten Walzenspalt das Ge­ wicht des Trägers nicht mehr wirksam. Damit ist ein Teil des Gewichts der oberen Walze kompensiert.
  • In Verbindung mit der Fixierung der Walzenmantelenden am Träger ergibt sich der weitere Vorteil, daß auch das Mantelgewicht im obersten Walzenspalt nicht mehr wirksam ist. Aufgrund der Vorverformung kann man daher tatsächlich mit einer Streckenlast von praktisch Null im obersten Walzenspalt ausgehen.
  • Eine zweite Lösung für einen Kalander zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die vorzugsweise zu­sammen mit der ersten Lösung angewendet wird, betrifft einen Kalander mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze, einer Oberwalze und einer Druckeinstell­vorrichtung, bei dem die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze einen von einem drehfesten Träger durchsetzten Walzenmantel aufweist, der durch axial nebeneinander angeordnete, mit einstellbarem Druck be­lastbare Primär-Druckzonen gegen die Nachbarwalze drück­bar ist, mit dem Kennzeichen, daß der Oberwalze eine Heizvorrichtung und eine Einstellvorrichtung zugeordnet ist, die die Temperatur der Oberwalze insgesamt oder zonenweise auf einem vorgebbaren Wert hält. Auf diese Weise wird der Bahn im obersten Walzenspalt eine vorbe­stimmte thermische Energie zugeführt, die die zulaufende Papierbahn schlagartig erhitzt, so daß bereits im ersten Walzenspalt eine erhebliche Umformungsarbeit geleistet wird. Mit der zonenweise unterschiedlichen Temperatur­einstellung läßt sich ein gewünschtes Querprofil der Warenbahn-Eigenschaften durch Druck und Temperaturbe­einflussung erreichen. Auch sind solche Temperaturzonen nützlich, um beispielsweise Feuchtigkeitsstreifen in der Bahn zu eliminieren.
  • Insbesondere ist ein Wärmeträger in der Heizvorrichtung beheizbar und dem Innenraum der Oberwalze über die Ein­stellvorrichtung zuleitbar. Besonders günstig ist es, wenn die Druckzonen Lagerelemente mit einer hydrosta­tischen Lagerfläche aufweisen und das zugeführte Druck­mittel den Wärmeträger bildet. Solche Heizvorrichtungen sind für durchbiegungsgesteuerte Walzen an sich bekannt (DE-OS 35 26 283). Die Wichtigkeit der Beheizung der Oberwalze eines Satinierkalanders zum Zweck der Schonung des spezifischen Volumens der Bahn war aber noch nicht erkannt worden.
  • Günstig ist es ferner, daß auch der Unterwalze und/oder mindestens einer Mittelwalze eine Heizvorrichtung mit Einstellvorrichtung zugeordnet ist. Auch in den weiteren Walzenspalten kann dann Wärmeenergie zugeführt werden.
  • Besonders empfehlenswert ist ein Prozeßleitsystem mit einem Rechner, der anhand von gewünschten und/oder gemes­senen Bahndaten Sollwerte für den Druck des den einzel­nen Druckzonen zuzuführenden Druckmittels und für die Temperatur der Walzen bzw. der Walzenzonen nach einem Rechenalgorithmus berechnet, und einem Regler, der den gemessenen Istwert des Drucks und den gemessenen Istwert der Walzentemperatur dem berechneten Sollwert mittels der Druckeinstellvorrichtung nachführt. Der Rechner vermag anhand zuvor eingegebener für den Kalander und das betreffende Bahnmaterial typischer Daten, die ent­weder aus Versuchen oder aus Berechnungen gewonnen sind, die jeweils optimale Zufuhr des mechanischen Energie­flusses und des thermischen Energieflusses zum jeweiligen Walzenspalt zu steuern bzw. zu regeln.
  • Um die gewünschte Papierbahn-Feuchtigkeit entsprechend der Walzentemperatur zu erzielen, kann dem Kalander eine Papierbahn-Befeuchtungseinrichtung vorgeschaltet sein.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß betriebenen Kalanders,
    • Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Kalander,
    • Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ober­walze und
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abgewandel­ten Kalanderausführung.
  • Bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 sind in einem Kalander 1 mit zwei Ständern 2 und 3 zwischen einer Oberwalze 4 und einer Unterwalze 5 acht Mittelwalzen 6 bis 13 angeordnet, von denen die Mittelwalzen 6, 8, 10, 11 und 13 einen elastischen Bezug tragen und die Walzen 7, 9 und 12 als harte Walzen ausgebildet sind. Die Lager 14 der Mittelwalzen 6 bis 13 sind längs verti­kaler Ständerführungen 15 verschiebbar, wenn die Unter­walze mit Hilfe der Hydrozylinder 16 und 17 in die veran­schaulichte Stellung angehoben wird. In der abgesenk­ten Stellung liegen die Lager 14 auf einstellbaren An­schlägen 18 zweier Hängespindeln 19 und 20 auf. Die Mittelwalze 12 dient als Antriebswalze, wie die rechts dargestellte Kupplung 12a zeigt.
  • Die Oberwalze 4 besitzt einen Walzenmantel 21, der von einem drehfesten Träger 22 durchsetzt ist. Dieser ruht an beiden Enden in Lagern 23 bzw. 24, die mit Hilfe von Hydraulikmotoren 25 bzw. 26 gehalten, aber in ver­schiedene Höhenlagen positioniert werden können. Durch Pfeile sind axial nebeneinander angeordnete Primär-Druck­zonen 27 und axial nebeneinanderliegende Sekundär-Druck­ zonen 28 angedeutet, denen je ein Druckmittel mit ein­stellbarem Druck zuführbar ist. Die Primär-Druckzonen 27 drücken den Walzenmantel 21 in Richtung auf die ober­ste Mittelwalze 6; die Sekundär-Druckzonen 28 wirken entgegengesetzt. An den Enden ist der Walzenmantel 21 mit Ringlagern 29 und 30 versehen, deren Innenring ent­weder fest auf dem Träger 22 sitzt oder radial hierzu verstellbar ist.
  • Den beiden Hydraulikmotoren 25 und 26 ist je ein Posi­tionsregler 39a bzw. 40a zugeordnet, der über eine Ver­bindung 39 bzw. 40 mit den Enden des Trägers 22 der Oberwalze 4 verbunden ist. Die Trägerenden können daher sehr genau positioniert werden.
  • Auch die Unterwalze 5 besitzt einen Walzenmantel 31 und einen ihn durchsetzenden Träger 32. Die Trägerenden sind in Lagern 33 und 34 gehalten, die mit Hilfe der Hydraulikzylinder 16 bzw. 17 vertikal verstellt werden können. Auch hier sind axial nebeneinander angeordnete Primär-Druckzonen 35 vorgesehen. denen ein einstellbarer Druck zuführbar ist, durch den der Walzenmantel 31 gegen die Nachbarwalze 13 drückbar ist. Auf der gegenüberlie­genden Seite können auch Sekundär-Druckzonen 36 vorge­sehen sein. Die Enden des Walzenmantels 31 sind über Ringlager 37 und 38 auf dem Träger 32 abgestützt. Die Druckzonen 27, 28, 35, 36 können beispielsweise mit Hilfe von Lagerelementen ausgebildet werden, die durch je zwei in Umfangsrichtung versetzte Druckkammern belast­bar sind, wie dies durch DE-PS 29 42 002 oder DE-PS 30 22 491 bekannt ist. Solche Primär-Lagerelemente 41 mit den beiden Druckkammern 42 und 43 sowie Sekundär-La­gerelemente 44 mit den beiden Druckkammern 45 und 46 sind in Fig. 2 veranschaulicht. Die Unterwalze 5 ist entsprechend aufgebaut. Eine Druckeinstellvorrichtung 47 dient dazu, die genannten Druckkammern 42 bis 46 mit Druckmittel zu versorgen, deren Druck p für jede Druckkammer einstellbar ist, um auf diese Weise eine bestimmte Druckverteilung für die Primär- und Sekun­där-Druckzonen 27, 28 vorzusehen. Eine entsprechende Druckeinstellvorrichtung 48 ist für die Primär- und Sekundär-Druckzonen 35, 36 der Unterwalze 5 vorgesehen.
  • In Fig. 2 sind die Walzen des Superkalanders im zusammen­gefahrenen Zustand veranschaulicht, so daß sich von oben nach unten die Walzenspalte 49 bis 51 und 54 bis 57 ergeben (die Walzenspalte 52 bis 54 sind nicht ge­zeigt). Durch die Walzenspalte wird von oben nach unten eine Bahn 58 unter Führung von Leitwalzen 59 hindurchge­leitet. Über die Bahnbreite wirksame Sensoren 60 und 61 nehmen nach dem ersten Walzenspalt 49 und nach dem zweiten Walzenspalt 57 den Istwert der interessierenden Bahneigenschaften EW auf, beispielsweise die Glätte oder den Glanz. Entsprechende Signalgeber 62 und 63 übermitteln Meßsignale an ein Prozeßleitsystem 64, das auch die Druckeinstellvorrichtungen 47 und 48 steuert. Dem Prozeßleitsystem wird ferner die durch Sensoren 65 und 66 gemessene Oberflächentemperatur TE der elasti­schen Walzen 6, 8, 10, 11 und 13 über Signalgeber 67 und 68 zugeführt. Die Oberwalze 4 ist mittels eines Wärmeträgers beheizbar. Eine Temperaturmeßvorrichtung 69 stellt die Oberwalzentemperatur TO fest und leitet die Meßwerte an die Prozeßleitvorrichtung 64 weiter, während diese umgekehrt den Wärmefluß entsprechend der gewünschten Temperatur mit der Einstellvorrichtung 70 einstellt. In ähnlicher Weise besitzt die Unterwalze 5 eine Meßvorrichtung 71 für die Unterwalzentemperatur TU, die dem Prozeßleitsystem 64 zugeleitet wird, weshalb auch hier der Wärmefluß entsprechend der gewünschten Temperatur TU mittels der Einstellvorrichtung 72 geregelt wird. Zumindest einige der Mittelwalzen, hier die Mittel­walzen 7 und 12, sind ebenfalls mit einer Meßvorrichtung 73 bzw. 74 für die Mittelwalzentemperatur TH und einer entsprechenden Einstellvorrichtung 75 bzw. 76 versehen.
  • Das Prozeßleitsystem 64 besitzt einen Rechner 77 und einen Regler 78. Der Rechner rechnet gemäß einem vorge­gebenen Algorithmus anhand der Daten des Kalanders und der gewünschten Lastparameter, die ihrerseits von den gewünschten Bahndaten abhängen, Sollwerte für den Druck in den einzelnen Druckzonen und für die Walzentemperatur aus. Diese Sollwerte können in Abhängigkeit von den gemessenen Bahndaten korrigiert werden. Der Regler 78 sorgt dann dafür, daß der Istwert des Drucks und der Temperatur jeweils den berechneten Sollwerten nachge­führt wird. Beispielsweise arbeitet das Prozeßleitsystem entsprechend der europäischen Patentanmeldung 87108762.
  • Dem Kalander ist ferner eine Papierbahn-Befeuchtungsein­richtung 79 vorgeschaltet, durch die eine in den Kalander einzuleitende Papierbahn 58 zusätzlich entsprechend der gewählten Walzentemperatur befeuchtet wird, wenn die Feuchtigkeit der Papierbahn entsprechend der durch die Walzenbeheizung erreichten höheren Trocknungsleistung noch gesteigert werden kann. Auf diese Weise lassen sich die Festigkeit und Bedruckungseigenschaften der Papierbahn steigern.
  • Ein solcher Kalander kann wie folgt betrieben werden: Im Ruhezustand ist die Unterwalze 5 abgesenkt, die Mit­telwalzen 6 bis 13 ruhen auf den Anschlägen 18 der Hänge­spindeln 19 und 20. Die Oberwalze 4 wird durch die Hy­draulikzylinder 25 und 26 gehalten. Die Mittelwalzen 6 bis 13 haben wegen der über ihre Lager 14 überhängen­den Gewichte, z.B. durch Leitwalzen, eine nach oben gerichtete konvexe Krümmung. Wenn die Unterwalze 5 mit Hilfe der Hydraulikzylinder 16, 17 angehoben wird, wird zunächst die unterste Mittelwalze 13, dann die nächste Mittelwalze 12 usw. mitgenommen. Die Druckeinstellung in den Primär-Druckzonen 35 und gegebenenfalls auch den Sekundär-Druckzonen 36 der Unterwalze 5 ist derart, daß bereits vor Kontaktierung der unteren Mittelwalze 13 eine Vorverformung der Unterwalze 5 derart stattfin­det, daß bei Mitnahme die Streckenlast im untersten Walzenspalt 57 gleichmäßig über die Spaltlänge verteilt ist. Da die Daten des Kalanders bekannt sind, kann man die hierfür erforderliche Druckverteilung berechnen. Sie wird mit weiterem Anheben schrittweise geändert, damit die gleichmäßige Streckenlast im untersten Spalt 57 erhalten bleibt, auch wenn jeweils das Gewicht einer neuen Mittelwalze hinzutritt.
  • Die Oberwalze 4 ist, wie Fig. 1 zeigt, schon vor dem Schließen des obersten Walzenspaltes 49, derart vorge­formt, daß ihre untere Mantellinie genau mit der oberen Mantellinie der Mittelwalze 6 übereinstimmt. Die hierfür erforderliche Druckverteilung wird ebenfalls mit Hilfe eines Rechenalgorithmus ermittelt. Das richtige Biege­moment erhält man beispielsweise, indem den mittleren Sekundär-Druckzonen 28 und den äußeren Primär-Druckzonen 27 Druckmittel zugeführt wird. Wenn die Walzenlager 29 und 30 auf dem Träger 22 fixiert sind, kann es ge­nügen, lediglich in den Sekundär-Druckzonen Druckmittel einzuleiten.
  • Werden nun die Walzen 4 und 6 durch Anheben der Unter­walze 5 oder durch Absenken der Oberwalze 4 miteinander in Berührung gebracht, ist von Anfang an ein Kontakt über die gesamte Länge vorhanden. Es brauchen keine Zusatzkräfte aufgebracht zu werden, um einen gleichmäßi­gen Walzenspalt zu erreichen. Hierbei kann keine Beschä­digung der obersten Mittelwalze 6 auftreten. Die Streckenlast im ersten Walzenspalt 49 kann außerordent­lich gering gehalten werden, wenn beispielsweise der Träger 22 für die Oberwalze durch die Positionsregler 39a und 40a eine definierte Lage hat und der Walzenmantel 21 an seinen Enden auf dem Träger 22 fixiert ist. Es wirken dann keine Gewichtskräfte der Oberwalze 4 auf die unteren Walzen. Wenn nun durch die Hydraulikzylinder 16 und 17 gerade so hohe Kräfte aufgebracht werden, wie es dem Gewicht des Stapels der Walzen 5 bis 13 ent­spricht, kann die Streckenlast im obersten Spalt 49 praktisch auf Null gehalten werden. Selbstverständlich kann man durch Erhöhung der von unten wirkenden Kraft die Streckenlast im obersten Spalt und in allen anderen Spalten erhöhen. Hierbei ist es aber in den meisten Fällen erforderlich, die Druckverteilung in den Druck­zonen der Oberwalze 4 und der Unterwalze 5 so zu ändern, daß die Streckenlast in den angrenzenden Walzenspalten 49 und 57 weiterhin gleichmäßig verteilt ist. Örtliche Korrekturlasten, wie sie zwecks Bahnkorrektur erforder­lich sein können, werden dann dem gleichmäßigen Strecken­lastprofil überlagert.
  • Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt ist, wird der Oberwal­ze 4, der Unterwalze 5 und einigen Mittelwalzen 7 und 12 ein Wärmeträger derart zugeführt, daß sich eine be­stimmte Walzentemperatur einstellt. Dies ist insbeson­dere im ersten Walzenspalt 49 von großer Bedeutung, weil die kalte Papierbahn schlagartig aufgeheizt wird und bereits im ersten Spalt eine ganz erhebliche Plasti­fizierung erfährt. Insgesamt ist daher der Verlust des spezifischen Volumens der satinierten Papierbahn herab­gesetzt, und es wird eine Erhöhung der Wirtschaftlich­keit des Satinierungsprozesses erzielt.
  • Ferner kann mittels der Papierbahn-Befeuchtungseinrich­tung 79 die Feuchtigkeit der Papierbahn entsprechend der gewählten Walzentemperatur gesteigert werden. Günstig sind Feuchtigkeitsgehalte von etwa 7 bis 18 %, vorzugs­weise etwa 9 bis 18 %, insbesondere 9 bis 15 % bei Wal­zentemperaturen, insbesondere der Oberwalze 4, von etwa 80 bis 160°C, vorzugsweise etwa 100 bis 140°C.
  • Die in Fig. 3 veranschaulichte Oberwalze 104 unterschei­det sich in einigen Teilen von derjenigen der Fig. 1 und 2. Es werden daher um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Die Primär-Druckzonen 127 werden mit Hilfe von Lagerelementen 141 gebildet, die eine hydrostatische Lagerfläche 180 besitzen. Solche Lagerflachen weisen taschenartige Vertiefungen auf, die über eine Drossel mit der zugehörigen Druckkammer verbunden sind. Die Sekundär-Druckzonen 128 werden mit Hilfe von Lagerelemen­ten 144 gebildet, deren hydrostatische Lagerflächen 181 eine geringere Fläche aufweisen. Die Druckzonen sind zu zweit oder dritt zusammengefaßt und werden über entsprechende Druckleitungen 182 mit Druckmittel ver­sorgt, das über die einzelnen Druckkammern und die Ta­schen in der hydrostatischen Lagerfläche in den Innenraum 183 des Walzenmantels 121 gelangt. Der zugehörige Abfluß erfolgt wie der Zufluß über den Lagerzapfen 184 des Trägers 122 und ist nicht veranschaulicht. Wegen des weiteren Aufbaus einer solchen Waze wird auf DE-OS 35 39 428 verwiesen.
  • Eine Pumpe 185 fördert Druckmittel über eine Heizvor­richtung 186 zur Einstellvorrichtung 147 für den Druck p, der seinerseits vom Prozeßleitsytem 164 vorgegeben wird. Die Temperatur der Oberwalze 104 wird dadurch festge­legt, daß das Druckmittel gleichzeitig als Wärmeträger dient, der in der Heizvorrichtung 186 auf die vorgege­bene Temperatur beheizt wird. Das Druckmittel kann hier­bei auf eine konstante Temperatur beheizt werden, wenn die Druckeinstellvorrichtung 147 entsprechend DE-OS 35 16 535 ausgestaltet ist. Dann ist es auch möglich, die Walze zonenweise unterschiedlich zu beheizen. Die zusammengefaßten Druckzonen 127, 128 bilden dann jeweils eine Temperaturzone.
  • Fig. 3 zeigt desweiteren, wie die Enden des Walzenman­tels 121 radial bewegt und trotzdem in ihrer Lage fi­xiert werden können. Zu diesem Zweck stützt sich das Lager 130 auf einem Lagerring 187 ab, der zwei einander gegenüberliegende Kolben 188 und 189 trägt, die in ent­sprechende Zylinder 190 und 191 des Trägers 122 greifen. Hierdurch ergeben sich Druckkammern 192 und 193, die ebenfalls mit der Druckeinstellvorrichtung 147 verbunden sind. Sie können daher als Primär- bzw. Sekundär-Druck­zone wirksam sein. Die Druckeinstellvorrichtung 147 besitzt aber zwei Sperrvorrichtungen 194, mit deren Hilfe das Volumen in den Druckkammern 192 und 193 fi­xiert werden kann. Wegen des Aufbaus solcher blockierten Kammern wird auf die deutschen Patentanmeldungen P 36 11 859 und P 36 44 170 verwiesen. Mit dieser Maß­nahme ist es beispielsweise möglich, durch Blockieren der Druckkammer 192 und Belastung der Sekundär-Druckzonen 128 im Mittelbereich der Oberwalze die gewünschte Vorver­formung zu erzielen.
  • Die Ausführungsform der Fig. 4, bei der um 200 erhöhte Bezugszeichen benutzt werden, weist außer einer Oberwal­ze 204 und einer Unterwalze 205 lediglich eine Mittel­walze 206 auf. Die Druckzonen sind nicht im einzelnen eingezeichnet worden. Der Walzenmantel 221 der Oberwalze 204 ist radial verschiebbar, aber festlegbar auf dem Träger 222 angeordnet. Der Walzenmantel 231 der Unterwal­ze 205 ist fest auf dem Träger 232 gelagert. Hier treten die gleichen Verhältnisse wie bei einem größeren Walzen­stapel auf.
  • Die beanspruchten Merkmale sind insbesondere in ihrer Kombination vorteilhaft. Besonders gute Ergebnisse zei­gen sich, wenn nach den Vorschriften der im einzelnen angeführten älteren Schutzrechte und Schutzrechtsanmel­dungen gearbeitet wird.

Claims (26)

1. Verfahren zum Betrieb eines Kalanders, insbesondere Superkalanders, mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze und einer Oberwalze, von denen die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind, bei dem die Walzenspalte nach dem Einführen einer Bahn von unten nach oben nacheinander geschlossen werden, dadurch gekennzeich­net, daß die Oberwalze vor dem Schließen des obersten Walzenspalts in eine dem Verlauf der obersten Mittel­walze entsprechende Form vorgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach dem Schließen des obersten Walzenspalts die Oberwalze und/oder Unterwalze zur Erhöhung der Streckenlast in den Walzenspalten über den gewichts­bedingten Wert hinaus belastet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Durchbiegung der Unterwalze beim Schlie­ßen des untersten Walzenspalts so gesteuert wird, daß die Streckenlast im untersten Walzenspalt über die Walzenbreite gleichmäßig verteilt ist, auch wenn sich die Streckenlast infolge der Zusatzbelastung durch das Gewicht der Mittelwalzen erhöht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Durchbiegung der Oberwalze und/oder Unterwalze bei Walzenbelastung so gesteuert wird, daß die Streckenlast im angrenzenden Walzenspalt über die Walzenbreite gleichmäßig verteilt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwecks Bahnkorrektur erforderlichen örtlichen Korrekturstreckenlasten dem gleichmäßigen Strecken­lastprofil überlagert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenform oder die Strecken­last gemäß einem vorgebenenen Algorithmus berechnet und dann die entsprechende Druckverteilung in Abhän­gigkeit vom berechneten Wert eingeregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Oberwalze be­züglich seiner Wirkung in den Walzenspalten wenig­stens teilweise kompensiert wird.
8. Verfahren zum Betrieb eines Kalanders, insbesondere Superkalanders, mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze und einer Oberwalze, von denen die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze durchbiegungssteuerbar sind, bei dem die Walzenspalte nach dem Einführen einer Bahn von unten nach oben nacheinander geschlossen werden, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberwalze insgesamt oder zonenweise auf eine vorgegebene Temperatur beheizbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Unterwalze und/oder mindestens eine Mittelwalze auf eine jeweils vorgegebene Temperatur beheizbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Temperatur der Walze bzw. Walzen­zonen gemäß einem vorgegebenen Algorithmus berechnet wird und dann in Abhängigkeit vom berechneten Wert eingeregelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Streckenlast und Temperatur so geregelt werden, daß die durch Druckkräfte und die durch Wärme auf die Bahn im Spalt übertragene Energie in einem durch die gewünschten Bahndaten vorgebbaren Verhältnis stehen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einleitung einer Papierbahn in den Kalander die Papierbahn befeuchtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn bei der Einleitung in den Kalander etwa 7 bis 18 %, vorzugs­weise etwa 9 bis 18 %, insbesondere etwa 9 bis 15 %, beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Temperatur wenigstens der Ober- und Unterwalze auf etwa 80 bis 160°C, vorzugsweise 100 bis 140°C, gehalten wird.
15. Kalander zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 14, mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze, einer Oberwalze und einer Druckeinstellvorrichtung, bei dem die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze einen von einem drehfesten Träger durchsetzten Walzenmantel aufweist, der durch axial nebeneinander angeordnete, mit ein­stellbarem Druck belastbare Primär-Druckzonen gegen die Nachbarwalze drückbar ist, und die Oberwalze oberhalb des Trägers mit einstellbarem Druck beauf­schlagbare Sekundär-Druckzonen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinstellvorrichtung (47; 147) eine Druckverteilung für die Druckzonen erzeugt, die eine Biegeverformung des Walzenmantels (21; 121; 221) der Oberwalze (4; 104; 204) unabhängig von von der Nachbarwalze (6; 106; 206) herrührenden äußeren Kräften hervorruft.
16. Kalander nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (121) der Oberwalze (104) an seinen Enden je auf einem radial verschiebbaren Lagerring (187) gelagert ist und eine Primär- und/oder Sekundärzone durch eine untere und/oder obere Druckkammer (192, 193) zwischen Lagerring und Träger (122) gebildet ist.
17. Kalander nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (192, 193) durch einen am Lager­ring (187) angebrachten Kolben (188, 189) und eine am Träger (122) angeordnete Zylinderbohrung (190, 191) begrenzt ist.
18. Kalander nach einem der Anspruche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der radial verstellbare Walzen­mantel (121) mit seinen Enden in einer vorgebbaren Lage am Träger (122) fixierbar ist.
19. Kalander nach Anspruch 16 und 18, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Volumen der Druckkammer (192, 193) durch eine Sperrvorrichtung (194) konstant haltbar ist.
20. Kalander nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (22; 222) der Ober­walze (4; 204) von zwei an den Enden angreifenden Stellmotoren (25, 26; 225, 226) gehalten ist und eine durch einen Positionsregelkreis vorgebbare Höhenlage einnimmt.
21. Kalander zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 14, mit einer Unterwalze, mindestens einer Mittelwalze, einer Oberwalze und einer Druckeinstellvorrichtung, bei dem die Oberwalze und vorzugsweise auch die Unterwalze einen von einem drehfesten Träger durchsetzten Walzenmantel aufweist, der durch axial nebeneinander angeordnete, mit ein­stellbarem Druck belastbare Primär-Druckzonen gegen die Nachbarwalze drückbar ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeich­net, daß der Oberwalze (104) eine Heizvorrichtung (186) und eine Einstellvorrichtung (147) zugeordnet ist, die die Temperatur der Oberwalze insgesamt oder zonenweise auf einem vorgebbaren Wert hält.
22. Kalander nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeträger in der Heizvorrichtung (186) beheizbar und dem Innenraum (183) der Oberwalze (104) über die Einstellvorrichtung (147) zuleitbar ist.
23. Kalander nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzonen (127, 128) Lagerelemente (141, 144) mit einer hydrostatischen Lagerfläche (180, 181) aufweisen und das zugeführte Druckmittel den Wärmeträger bildet.
24. Kalander nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Unterwalze (5) und/oder mindestens einer der Mittelwalzen (7, 12) eine Heiz­vorrichtung mit Einstellvorrichtung (72, 75, 76) zugeordnet ist.
25. Kalander nach einem der Ansprüche 15 bis 24, gekenn­zeichnet durch ein Prozeßleitsystem (64) mit einem Rechner (77), der anhand von gewünschten und/oder gemessenen Bahndaten Sollwerte für den Druck (p) des den einzelnen Druckzonen (27, 28; 35, 36) zuzu­führenden Druckmittels und für die Temperatur der Walzen bzw. der Walzenzonen nach einem Rechen­algorithmus berechnet, und einem Regler (78), der den gemessenen Istwert des Drucks und den gemessenen Istwert der Walzentemperatur dem berechneten Sollwert mittels der Druckeinstellvorrichtung (47; 147) nach­führt.
26. Kalander zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kalander eine Papierbahn-Befeuchtungsein­richtung (79) vorgeschaltet ist.
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