DE10036574C1 - Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn 21 angegeben, bei dem die Materialbahn durch mindestens einen Nip geleitet wird, in dem eine Streckenlast erzeugt wird. DOLLAR A Hierbei möchte man Probleme der Barring-Bildung verringern. DOLLAR A Hierzu wird die Streckenlast fortlaufend verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn, bei dem die Materialbahn durch min­ destens einen Nip geleitet wird, in dem eine Strecken­ last erzeugt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Dies ist auch der Hauptanwendungszweck der vorliegenden Er­ findung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Papierbah­ nen beschränkt, sondern kann auch bei anderen Material­ bahnen angewandt werden, beispielsweise bei Kartonbah­ nen oder Folien aus Metall oder Kunststoff.

Papierbahnen werden im Verlauf ihrer Bearbeitung ka­ landriert, wobei sie beim Durchlaufen des Nips zum ei­ nen verdichtet werden. Zum anderen kann man beim Ka­ landrieren aber auch bestimmte Oberflächeneigenschaf­ ten, wie Glanz und/oder Glätte, beeinflussen. Das Ka­ landrieren kann hierbei entweder in einem sogenannten "weichen" Nip erfolgen, der durch eine harte Walze und eine weiche Walze, d. h. eine Walze mit einer elastischen oder nachgiebigen Oberfläche, gebildet ist. Das Kalandrieren kann aber auch in einem Glättwerk erfol­ gen, bei dem der Nip durch zwei harte Walzen gebildet ist.

Man kann praktisch in allen Fällen beobachten, daß sich nach einer gewissen Betriebszeit auf der Papierbahn Querstreifen bilden, die ab dem Zeitpunkt, an dem sie sichtbar werden, zu Ausschuß führen. Diese Querstreifen werden als "Barrings" bezeichnet. Die Ursachen dieser Barring-Bildung sind nicht abschließend geklärt. Teil­ weise werden sie auf Schwingungen der Walzenmaschine zurückgeführt, die durch kleine Unwuchten in den Walzen oder von periodischen Störungen im Stoffauflauf der Pa­ pierbahn hervorgerufen werden können. Teilweise geht man davon aus, daß kleine externe Störungen, wie Ver­ schmutzungen, Fehlstellen auf mindestens einer Walze erzeugen, die sich nach einer gewissen Betriebszeit auf andere Walzen einprägen und wiederum periodische Stö­ rungen erzeugen. Möglicherweise werden die den Nip be­ grenzenden Walzen aufgrund derartiger oder anderer Stö­ rungen im Laufe der Zeit auch vieleckig, wobei sich dann die Kanten eines derartigen Vielecks in die Pa­ pierbahn einprägen und zu der Querstreifenbildung füh­ ren.

Möglicherweise hängen aber auch alle Ursachen in ir­ gendeiner Weise zusammen oder es gibt weitere, nicht bekannte Ursachen.

DE 198 15 339 A1 beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art. Die hierzu verwendete Walzenmaschine weist mehrere angetriebene Walzen auf. Zur Verminderung von Barring-Erscheinungen variiert man eine Antriebsmo­ mentverteilung der angetriebenen Walzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Probleme durch die Barring-Bildung zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Streckenlast fort­ laufend verändert wird.

Man greift also in die Druckbeaufschlagung der Ma­ terialbahn ein und variiert diese, so daß sich eine künstliche Störung ergibt, die dazu beiträgt, daß sich Barrings nicht bilden oder zumindest nicht so ausbilden können, daß sie sichtbar werden. Unter "fortlaufend" wird zwar in erster Linie eine ständige Änderung ver­ standen, d. h. in diesem Fall ist in aufeinanderfolgen­ den Zeitpunkten immer ein Unterschied in der Strecken­ last, d. h. der mittleren Streckenlast über die axiale Länge des Nips, vorhanden. Man kann eine derartige fortlaufende Veränderung der Streckenlast aber auch in diskreten Schritten vornehmen, wobei die Zeitabstände zwischen Änderungen klein bleiben. Sie müssen jeden­ falls so klein sein, daß sich zwischen den einzelnen Änderungen keine sichtbaren Barring-Erscheinungen aus­ bilden können.

Vorzugsweise liegen die Veränderungen maximal im Be­ reich von ±5%. Eine derartige Veränderung der Strec­ kenlast wirkt sich noch nicht negativ auf das Ka­ landrierergebnis aus, ist diesbezüglich also unschäd­ lich. Gleichwohl kann man in einer derartigen Größen­ ordnung dafür sorgen, daß eine ausreichende Störung in den Nip eingetragen wird, um die Barring-Bildung zu vermindern.

Vorzugsweise wird die Streckenlast durch Änderung von Zapfenkräften verändert. Man greift also sozusagen in die Aufhängung einer der den Nip bildenden Walzen ein. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, die Strec­ kenlast zu verändern, weil hierzu keine komplizierten Steuerungen erforderlich sind.

Bevorzugterweise wird die Streckenlast durch eine Va­ riation der Kompensation überhängender Lasten verän­ dert. Üblicherweise sind an den Lagergehäusen von zu­ mindest einigen Walzen eines Walzenstapels Bauteile, wie Leitwalzen, Fingerschutzwinkel oder ähnliches, be­ festigt, deren Gewicht zu den überhängenden Lasten zählt. Hierzu rechnet man auch das Gewicht der Lagerge­ häuse. Eine Walze würde ohne Kompensation also nicht nur mit ihrem Eigengewicht auf die darunter befindliche Walze drücken und eine entsprechende Streckenlast im Nip aufbauen, sondern die Streckenlast würde auch durch diese zusätzliche Gewichte beeinflußt werden. Da dies die Steuerung der Streckenlast erschwert, ist es be­ kannt, diese überhängenden Lasten zu kompensieren, d. h. es werden beispielsweise hydraulische Zylinder so zwi­ schen der Walzenlagerung und einem Ständer angeordnet, das diese das zusätzliche Gewicht der Umlenkwalzen, Fingerschutzwinkel etc. und der Walzenlager aufnehmen können. Wenn man nun die Wirkung dieser Kompensation verändert, d. h. verstärkt oder abschwächt, erzeugt man auf einfache Weise eine Veränderung der Streckenlast, ohne daß zusätzliche Bauelemente erforderlich sind.

Bevorzugterweise wird die Materialbahn durch mehrere Nips geleitet, die durch mindestens drei Walzen gebil­ det werden, wobei bei mindestens zwei dieser Walzen die überhängenden Lasten kompensiert und diese Kompensatio­ nen verändert werden. Man greift also nicht nur bei ei­ nem Nip ein, um die Streckenlasten zu verändern, son­ dern bei mehreren Nips. Im Extremfall kann man sogar die Streckenlasten aller Nips verändern. Je mehr "Störstellen" man erzeugt, desto geringer ist die Ge­ fahr, daß sich Barrings ausbilden.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Kompensationsänderungen bei allen betroffenen Walzen gleichartig vorgenommen werden. Dies vereinfacht die Steuerung.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Materialbahn durch Nips geleitet wird, die durch Walzen unterschiedlicher Art gebildet werden, wobei die Kompensationsänderungen bei Walzen der einen Art anders als bei Walzen der anderen Art erfolgt. Die Walzen der einen Art können beispielsweise durch die sogenannten weichen Walzen gebildet werden, während die Walzen der anderen Art dementsprechend die harten Walzen sind. Wenn man nun die Kompensationsänderungen bei den wei­ chen Walzen vornimmt, ist es in vielen Fällen gar nicht mehr erforderlich, eine entsprechende Kompensationsän­ derungen auch bei den harten Walzen vorzunehmen. Dies vereinfacht wiederum die Steuerung.

Vorzugsweise werden die überhängenden Lasten mit Hilfe von Kompensationszylindern kompensiert, in denen die Drücke geändert werden. Dies ist eine relativ einfache Maßnahme, um den Einfluß der überhängenden Lasten zu verändern. Die Drücke in den Kompensationszylindern sind proportional zu den Kräften, die die Kompensati­ onszylinder aufbringen. Wenn man diese Drücke erhöht, dann werden die Gewichtskräfte der überhängenden Lasten stärker kompensiert. Wenn man die Drücke absenkt, dann tragen die Gewichtskräfte der überhängenden Lasten mit einem größeren Teil zur Streckenlast bei.

Vorzugsweise wird die Druckänderung von zumindest einem Kompensationszylinder nach dem Zufallsprinzip vorgenom­ men. Man verwendet also beispielsweise eine Zufallgene­ rator, der Werte für die Drücke oder Druckdifferenzen des oder der Kompensationszylinder vorgibt. Durch das Zufallprinzip ist es praktisch ausgeschlossen, daß sich eine stationäre Stituation einstellt, die zu einer Bar­ ring-Bildung führt.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Druckänderung in minde­ stens einem Kompensationszylinder in Abhängigkeit von einer Matrix erfolgt, die eine Vielzahl von Einzelwer­ ten enthält, die nach einer vorbestimmten Weise abgear­ beitet werden. Beispielsweise kann die Matrix entweder eine Reihe von Druckwerten enthalten, die bei dem ent­ sprechenden Kompensationszylinder eingestellt werden oder sie kann absolute oder relative Druckwertdifferen­ zen aufweisen, um die der Druck im Kompensationszylin­ der verändert wird. Eine derartige Vorgehensweise emp­ fiehlt sich immer dann, wenn bereits Erfahrungswerte beim Betrieb eines Kalanders vorliegen.

Vorzugsweise enthält die Matrix auch Zeiten, zu denen die Drücke geändert werden. Man ist dann nicht mehr darauf angewiesen, die Drücke in gleichen Zeitabständen oder entlang von Rampen mit konstanten Steigungen zu ändern, sondern kann auch die Änderungsgeschwindigkeit beeinflussen.

Vorzugsweise erfolgt synchron zur Veränderung der Zap­ fenkräfte zumindest bei einer Durchbiegungseinstellwal­ ze eine Veränderung der Druckbeaufschlagung ihrer Druc­ kelemente. Damit läßt sich eine noch bessere Verände­ rung der Streckenlasten in den einzelnen Nips bewirken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur: einen Kalander als Walzenmaschine.

In der Figur ist schematisch ein Kalander 1 als Bei­ spiel für eine Walzenmaschine dargestellt, mit dem eine Papierbahn 21 kalandriert werden kann. Die Papierbahn wird hierzu schematisch von einer Abwicklung 10 abge­ wickelt und in einer Aufwicklung 11 aufgewickelt.

Der Kalander 1 weist acht Walzen 2-9 auf, von denen vier Walzen 2, 4, 7, 9 eine harte metallische Oberflä­ che und vier Walzen 3, 5, 6, 8 einen elastischen Kunst­ stoffbelag 13 aufweisen. Die unterste Walze 9 ist als Durchbiegungseinstellwalze ausgebildet und weist hydro­ statische Stützschuhe 32 auf, wie das an sich bekannt ist.

Alle Walzen sind angetrieben und mit ihren Walzenzapfen in Lagergehäusen 23, 23' gelagert. Die Lagergehäuse 23' der mittleren Walzen 3-8 sind an Hebeln 24 angebracht, deren Drehpunkt 25 sich am Kalandergestell 26 befindet. Unterhalb des Walzenstapels, der durch die Walzen 2-9 gebildet ist, ist eine Hydraulikzylinder 27 vorgesehen, der einerseits die für die Satinage der Papierbahn 21, die hier als Beispiel für eine Materialbahn dient, not­ wendigen Kräfte im geschlossenen Walzenspalt oder Nip aufbringt und andererseits die Unterwalze 9 absenken kann. Durch das Absenken der Unterwalze 9 legen sich die Hebel 24 auf Anschlägen 28 ab, und zwar in der Wei­ se, daß sich zwischen den Walzen Spalte von 1 bis 10 mm bilden.

Den beiden mittleren harten Walzen 4, 7 kann in nicht näher dargestellter Weise Heizdampf oder heißes Öl zur Beheizung zugeführt werden. Der Heizdampf oder das Öl wird durch periphere Bohrungen 22 geleitet, damit er seine Wärme an die Walzen abgeben kann.

Ein Sensor 22 ist vorgesehen, um die Oberfläche der Pa­ pierbahn 21 zu untersuchen. Der Sensor 22 kann lange vor dem menschlichen Auge feststellen, ob auf der Pa­ pierbahn Querstreifen, sogenannte Barrings, erscheinen. Sobald der Sensor 22 eine derartige Barring-Bildung feststellt, gibt er diese Erkenntnis an eine Steuerein­ richtung 14 weiter, die weiter unten besprochen werden wird.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Schwingungs­ sensor 30 am Gestell 26 des Kalanders 1 befestigt sein, der ebenfalls mit der Steuereinrichtung 14 verbunden ist.

An den Lagergehäusen 23' sind Umlenkrollen 33, 37 ange­ ordnet, die sogenannte überhängende Lasten bilden. Zu diesen überhängenden Lasten gehören auch andere "Anbauteile", wie Fingerschutzwinkel, Schaber oder auch das Gewicht der Lagergehäuse 23' selbst. Um einen Ein­ fluß dieser überhängenden Lasten auf die mittlere Streckenlast, d. h. die Druckverteilung in den Nips des Walzenstapels 2-9 zu verringern oder sogar zu beseiti­ gen, sind Kompensationszylinder 15-20 vorgesehen, die zwischen den Hebeln 24 und dem Ständer 26 angeordnet sind. Wenn diese Kompensationszylinder unter Druck ge­ setzt werden, dann erzeugen sie Kräfte, die den Ge­ wichtskräften der überhängenden Lasten entgegengesetzt sind.

Selbstverständlich kann man die Kompensationszylinder 15-20 auch auf der anderen Seite des Walzenstapels 2-9 anordnen. In diesem Fall müßte ihre Druckkraft in die entgegengesetzte Richtung gerichtet sein.

Die Kompensationszylinder 15-20 sind mit der Steuerein­ richtung 14 verbunden. Die Steuereinrichtung 14 stellt die Drücke in den Kompensationszylindern 15-20 nun nicht auf einen jeweils konstanten Wert ein, der aus­ reicht, um die Gewichtskräfte der überhängenden Lasten zu kompensieren, sondern die Steuereinrichtung 14 ver­ ändert die Drücke in den Kompensationszylindern 15-20 und zwar dergestalt, daß sich die mittleren Streckenla­ sten in den Nips um ±5% verändern können. Diese Ver­ änderung erfolgt fortlaufend, d. h. entweder kontinuier­ lich oder mit so kleinen zeitlichen Abständen, daß sich bei einer konstanten Streckenlast noch keine Barring- Bildung ergeben hat.

Hierzu weist die Steuereinrichtung 14 einen Zufallsge­ nerator 29 auf, der Zufallszahlen ausgibt, mit deren Hilfe die Kompensationszylinder 15-20 angesteuert wer­ den. Beispielsweise können die Zufallszahlen mit einem konstanten Wert multipliziert werden, um ein Produkt zu bilden um das der Druck in einem Kompensationszylinder 15-20 angehoben oder abgesenkt wird.

Die Steuereinrichtung 14 weist zusätzlich einen Spei­ cher 31 auf, in dem Gestalt einer Matrix verschiedene Druckwerte abgespeichert sind, die der Reihe nach bei den einzelnen Kompensationszylindern 15-20 eingestellt werden. Daneben können in dem Speicher 31 auch noch Zeiten abgespeichert sein, die angeben, wie lange ein einzelner Druckwert in einem Kompensationszylinder 15- 20 anliegt. Schließlich kann die Steuereinrichtung 14 auch noch einen Einfluß auf die Steuerung der Stützele­ mente 32 nehmen, um weitere Veränderungen der Strecken­ last herbeizuführen.

Selbstverständlich können diese Maßnahmen zur Barring- Verminderung noch verbunden werden mit weiteren, be­ reits bekannten Maßnahmen. So ist in die Figur schema­ tisch dargestellt, daß eine Umlenkrolle 33 senkrecht zu einer Ebene 34 verlagerbar ist, in der die Drehachsen der Oberwalze 2 und der Unterwalze 9 angeordnet sind. Hierzu ist ein Hydraulikzylinder 35 vorgesehen, der die Umlenkrolle 33 in Richtung eines Doppelpfeiles 36 senk­ recht zur Ebene bewegt. Auf diese Weise wird der Weg zwischen den beiden Walzenspalten, die von der Walze 3 begrenzt werden, verändert. Diese Maßnahmen ist beson­ ders wirksam gegen Barring-Bildung, die durch einen sich periodisch ändernden Stoffauflauf der Papierma­ schine verursacht wird.

Darüber hinaus sind zwei Walzen, nämlich die Walzen 3 und 6, seitlich aus der Ebene versetzt, die durch die Rotationsachsen ihre beiden Nachbarwalzen 2, 4 bzw. 5, 7 definiert ist. Auch hierdurch enthält man eine kleine Phasenverschiebung zwischen zwei Nips.

Da allen Walzen 2-9 einen eigenen Antrieb aufweisen, kann auch vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung 14 sämtliche Antriebe steuert und hierbei die Steuerein­ richtung eine Antriebsmomentverteilung variiert und da­ durch einen gleichförmigen Betrieb stört. Schließlich ist der Walzenstapel des Kalanders so aufgebaut, daß die Walzen nicht alle den gleichen Durchmesser haben. So sind beispielsweise die beheizten Walzen 4, 7 kleiner als die Ober- und Unterwalzen 2, 9. Die beiden Walzen 5, 6 haben ebenfalls unterschiedliche Durchmesser. Die Walze 3 ist größer als die Walze 4. Auch diese Maßnahme wirkt der Barring-Bildung entgegen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Kalandrieren einer Materialbahn, bei dem die Materialbahn durch mindestens einen Nip ge­ leitet wird, in dem eine Streckenlast erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckenlast fort­ laufend geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen maximal im Bereich von ±5% liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Streckenlast durch Änderung von Zapfenkräften verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckenlast durch eine Va­ riation der Kompensation überhängender Lasten ver­ ändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn durch mehrere Nips geleitet wird, die durch mindestens drei Walzen gebildet werden, wobei bei mindestens zwei dieser Walzen die überhängenden Lasten kompensiert und diese Kompen­ sationen verändert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsänderungen bei allen betroffe­ nen Walzen gleichartig vorgenommen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn durch Nips geleitet wird, die durch Walzen unterschiedlicher Art gebildet werden, wobei die Kompensationsänderungen bei Walzen der einen Art anders als bei Walzen der anderen Art er­ folgen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die überhängenden Lasten mit Hilfe von Kompensationszylindern kompensiert wer­ den, in denen die Drücke geändert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderung von zumindest einem Kompensa­ tionszylinder nach dem Zufallsprinzip vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckänderung in mindestens einem Kompensationszylinder in Abhängigkeit von einer Ma­ trix erfolgt, die eine Vielzahl von Einzelwerten enthält, die nach einer vorbestimmten Weise abgear­ beitet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix auch Zeiten enthält, zu denen die Drücke geändert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß synchron zur Veränderung der Zapfenkräfte zumindest bei einer Durchbiegungs­ einstellwalze eine Veränderung der Druckbeaufschla­ gung ihrer Druckelemente erfolgt.