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Dokumentenidentifikation DE102004020069B4 12.04.2007
Titel Verfahren zum Satinieren einer Papierbahn
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Cramer, Dirk, 47259 Duisburg, DE;
Kohnen, Josef, 47918 Tönisvorst, DE
Vertreter Patentanwälte Knoblauch und Knoblauch, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 24.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004020069
Offenlegungstag 17.11.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse D21G 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Satinieren einer Papierbahn, die nach einem am Ende eines Produktionsabschnitts erfolgenden Trocknens aufgerollt, zu einem off-line-Kalander transportiert, dort abgerollt und durch den Kalander geführt wird.

Ein derartiges Verfahren verwendet man insbesondere bei der Herstellung von höherwertigen Papieren, nämlich SC-A-Papieren oder sogar SC-A-Plus-Papieren, bei denen an die Qualität der Oberfläche hohe Anforderungen gestellt werden. Insbesondere möchte man Oberflächenqualitäten erzielen, die für eine spätere Bedruckbarkeit im Tiefdruckverfahren ausreicht.

Um eine derartige Qualität sicherzustellen, werden auch heute noch off-line-Kalander mit einer relativ großen Walzenzahl von mindestens zehn Walzen verwendet. Da die off-line-Kalander in der Regel etwas langsamer arbeiten als die sie versorgende Papiermaschine, sind vielfach zwei off-line-Kalander für eine Papiermaschine vorgesehen. Im Gegensatz dazu werden SC-B-Papiere üblicherweise on-line hergestellt, d.h. die Papierbahn wird vor der Aufrollung durch einen 2 × 2-Walzen-Softkalander gefahren. Mit einer derartigen Vorgehensweise läßt sich aber die für SC-A oder SC-A-Plus Papiere gewünschte Oberflächenqualität nicht erreichen.

Bei steigenden Geschwindigkeiten der Papiermaschine müssen die off-line-Kalander entsprechend angepaßt werden, um der Produktion folgen zu können. Man versucht in der Regel, auch ihre Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine Geschwindigkeitserhöhung hat jedoch zur Folge, daß zum Erreichen der Qualitätsziele, z.B. Glätte, die Linienlast und/oder die Oberflächentemperatur der beheizten Walzen erhöht werden muß. Diese Änderung der Betriebsparameter kann aber negative Auswirkungen haben. Beispielsweise kann sich eine höhere Schwarzsatinage ergeben.

Eine weitere Maßnahme ist die Erhöhung der Walzenzahl auf beispielsweise 12 Walzen. Dies erhöht die Kosten für die Herstellung und den Betrieb des Kalanders.

Im Extremfall kann die Installation eines dritten off-line-Kalanders erforderlich sein. Auch dies erhöht naturgemäß die Kosten zumal hier eine Aufstellfläche für den dritten Kalander bereitgehalten werden muß, die wiederum höhere Gebäudekosten nach sich zieht.

DE 699 15 647 T2 zeigt ein Verfahren zum Satinieren einer Papierbahn 1, die nach einem am Ende eines Produktionsabschnitts erfolgenden Trocknen aufgerollt, zu einem off-line-Kalander transportiert, dort abgerollt und durch den Kalander geführt wird

DE 40 37 166 C1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Papierbahnbreitenregelung. Eine Papierbahn wird in einer Papiermaschine hergestellt, die sich im wesentlichen aus einem Stoffauflauf, einer Siebpartie, einer Pressenpartie, einer Trockenpartie, einem Softglättwerk und einer Aufrolleinrichtung zusammensetzt. Das Softglättwerk weist dabei eine weiche Walze und eine beheizte Gegenwalze auf. Um eine Berührung der weichen Walze und der harten Walze zu verhindern, wird die Papierbahn bereits in der Siebpartie durch Randspritzer auf eine Breite geschnitten, die genau der Berührungszone zwischen der weichen Walze und der harten Walze entspricht.

DE 100 84 571 T1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen von Papier und eine Papiermaschinenlinie. In der Papiermaschinenlinie stehen online ein Vorkalander, der im Anschluß an die Trockenpartie angeordnet ist, und ein Multinip-Kalander, der kurz vor der Aufrollung angeordnet ist.

In DE 699 19 559 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung von beschichtetem Papier oder Karton offenbart, wobei die zu behandelnde Materialbahn zuerst in einem Langspaltkalander, der durch einen Riemen und eine Trägerwalze gebildet wird, vorkalandriert wird und nach dem Beschichten in einem Kalander mit einem kurzen Nip endkalandriert wird. Falls erforderlich, erfolgt vor dem Vorkalandrieren eine Vorbehandlung der Materialbahn, um die Bearbeitungseigenschaften der Materialbahn zu verbessern. Zum Vorbehandeln kann beispielsweise eine Vorbefeuchtung gehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Satinage in einem off-line-Kalander an steigende Papiermaschinen-Geschwindigkeiten anzupassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Papierbahn zwischen dem Trocknen und dem Aufrollen in einer mindestens einen durch eine harte Walze begrenzten Nip aufweisenden Kalandriereinheit vorsatiniert wird, wobei die Papierbahn vor dem Einlaufen in die Kalandriereinheit und/oder beim Durchlaufen der Kalandriereinheit befeuchtet wird.

Mit dieser Vorgehensweise wird die Papierbahn vor dem Aufrollen on-line satiniert, also bereits hier mit einer gewissen Glätte versehen. Diese Glätte geht bei der Zwischenlagerung der Papierbahn auf dem Tambour nicht mehr verloren, d.h. die Papierbahn läuft mit einer erhöhten Glätte in den off-line-Kalander ein. Dementsprechend kann man auch mit Produktionsparametern des off-line-Kalanders, die für eine niedrigere Kalander-Geschwindigkeit gedacht waren, ein zufriedenstellendes Endergebnis des Kalanders erreichen. Durch die Vorsatinage in der on-line-Kalandriereinheit läßt sich also die Geschwindigkeit des off-line-Kalanders erhöhen und somit an eine steigende Geschwindigkeit der Papiermaschine anpassen, ohne daß man eine Verschlechterung der Oberflächenqualität oder sonstige Nachteile, wie z.B. Schwarzsatinage in Kauf nehmen muß. Im Idealfall ist sogar eine Qualitätsverbesserung möglich. Da man die Papierbahn vor dem Einlaufen in die Kalandriereinheit und/oder beim Durchlaufen der Kalandriereinheit befeuchtet, ist man nicht mehr darauf angewiesen, daß die Papierbahn nach dem Trocknen genau die Zielfeuchte hat, die zum Vorsatinieren erforderlich ist. Durch die Zugabe von Feuchtigkeit beim Vorsatinieren läßt sich die Glätte an der Oberfläche der Papierbahn in der Regel steigern.

Vorzugsweise wird mindestens eine den Nip begrenzenden Walze auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 60 bis 300°C beheizt. Die Beheizung hat den Vorteil, daß die Papierbahn in der Kalandriereinheit leichter geglättet werden kann. Trotz der relativ hohen Temperaturen ist eine übermäßig große Energiezufuhr an dieser Stelle nicht erforderlich, weil die Papierbahn aufgrund des vor dem Vorsatinieren erfolgenden Trocknens bereits eine relativ hohe Temperatur aufweist. Die Vorsatinage erfolgt also energiesparend.

Bevorzugterweise wird die Papierbahn im Nip mit einer Streckenlast von maximal 1.000 N/mm beaufschlagt. Die Streckenlast wird natürlich in Abhängigkeit vom gewünschten Ergebnis gewählt.

Bevorzugterweise befeuchtet man die Papierbahn nach dem Durchlaufen der Kalandriereinrichtung und vor dem Aufrollen. Wenn die Papierbahn in der Kalandriereinheit nicht nur mit erhöhtem Druck, sondern auch mit erhöhter Temperatur beaufschlagt wird, dann verliert sie Feuchte. Dieser Feuchteverlust wird durch die Befeuchtung ausgeglichen, so daß eine ausreichend feuchte Papierbahn aufgerollt werden kann. Die Befeuchtung hier muß noch nicht einmal übermäßig gleichförmig sein. Die Papierbahn wird auf einen Tambour aufgerollt und bleibt dort zumindest für eine Zeit zwischengelagert, die erforderlich ist, um den vollen Tambour vom Ausgang der Papiermaschine zum off-line-Kalander zu transportieren. Diese Zeit reicht für einen gewissen Feuchtigkeitsausgleich der aufgerollten Papierbahn aus. Nicht auszuschließen ist, daß die Bahn nach dem sie in der beschriebenen Weise in der Vorkalandriereinheit befeuchtet worden ist, auch im Offline-Kalander noch einmal befeuchtet wird, wenn es erforderlich sein sollte.

Bevorzugterweise kalibriert man die Papierbahn in der Kalandriereinheit vor. Dies hat erhebliche Vorteile beim Aufrollen der Papierbahn. Die Wickelqualität steigt, da die Papierbahn nicht nur vorkalandriert, sondern auch profilkorrigiert ist.

Auch ist von Vorteil, wenn man in der Kalandriereinheit mindestens einen Soft-Nip, der durch eine weiche und eine harte Walze gebildet ist, einen Hart-Nip, der durch zwei harte Walzen gebildet ist, einen Breitnip, der durch eine Schuhwalze und ein Gegendruckelement gebildet ist, oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Nip-Arten verwendet. Der Begriff "harte" Walze und "weiche" Walze ist hier relativ zu verstehen. Eine weiche Walze hat eine Oberfläche, die weicher ist als die Oberfläche einer harten Walze. Für weiche Walzen verwendet man in der Regel einen Oberflächenbezug aus einem elastomeren Kunststoff. Mit einem Soft-Nip läßt sich eine bessere Glätte erzeugen. Mit einem Hart-Nip läßt sich eine bessere Profilkorrektur erzeugen. Ein Soft-Nip erlaubt eine Glättung mit einem relativ geringen Volumenverlust. Der Fachmann wird die geeignete Nip-Art unter Beachtung der gegebenen Randbedingungen leicht herausfinden können.

Auch ist von Vorteil, wenn man die Zweiseitigkeit der Papierbahn in der Kalandriereinheit auf ein vorbestimmtes Maß vermindert. In diesem Fall muß man beim Durchlaufen des off-line-Kalanders der Zweiseitigkeit nicht mehr eine so große Aufmerksamkeit schenken. In diesem Fall kann es zum Beispiel möglich sein, daß man die Zahl der Nips vor und nach dem Wechselnip im off-line-Kalander angleicht und so die Zahl der Walzen insgesamt vermindern kann.

Auch ist von Vorteil, wenn man in der Kalandriereinheit Walzen gleicher Bauart wie im off-line-Kalander verwendet. In diesem Fall können Reservenwalzen in der Kalandriereinheit und im off-line-Kalander gemeinsam genutzt werden, was die Vorratshaltung und damit die Kosten senken hilft.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt

die einzige Figur eine schematische Darstellung der Vorgehensweise zum Satinieren einer Papierbahn.

Eine Papierbahn 1, die in einer nur schematisch dargestellten Papiermaschine 2 hergestellt und in einer Trockengruppe 3 getrocknet wird, wird, wenn es sich um höherwertiges Papier, wie SC-A- oder SC-A-Plus-Papier handelt, in einer Aufrollung 4 auf einen Tambour 5 aufgerollt. Der Tambour 5 wird dann, wie dies durch einen gestrichelt gezeichneten Transportweg 6 dargestellt ist, zu einer Abwicklung 7 transportiert. In der Abwicklung 7 wird die Papierbahn 1 vom Tambour 5 abgewickelt und durch einen Kalander 8 geleitet, der im vorliegenden Fall zehn Walzen 9 bis 18 aufweist. Von den zehn Walzen sind die Oberwalze 9 und die Unterwalze 18 als elastische Walzen ausgebildet. Auch die Zwischenwalzen 11, 13, 14 und 16 sind als elastische Walzen ausgebildet, die auch als weiche Walzen bezeichnet werden. Sie weisen einen Belag 19 aus einem Kunststoff auf.

Zwischen jeweils einer weichen Walze 9, 11, 13, 14, 16, 18 und einer harten Walze 10, 12, 15, 17 ist ein sogenannter weicher Nip 20 gebildet. Zwischen den beiden weichen Walzen 13, 14 ist ein Wechselnip gebildet. Vor dem Durchlaufen des Wechselnips liegt die Unterseite der Papierbahn 1 an einer harten Walze an. Nach dem Durchlaufen des Wechselnips 21 liegt die Oberseite der Papierbahn 1 an einer harten Walze an, so daß eine beidseitige Glättung erzielt werden kann.

Der Kalander 8 ist langsamer als die Papiermaschine 2, d.h. er arbeitet mit einer geringeren Geschwindigkeit. Zudem entstehen Zeitverluste durch das Einlegen des Tambours in die Abrollung 7 und das Herausnehmen eines Tambours aus der Aufrollung 22. Dementsprechend sind für eine Papiermaschine 2 in der Regel zwei Kalander 8 vorgesehen.

Wenn nun die Geschwindigkeit der Papiermaschine 2 steigt, dann würden bei ansonsten unveränderten Arbeitsgeschwindigkeiten der Kalander 8 auch die beiden Kalander nicht ausreichen. Um einen dritten Kalander zu vermeiden, muß daher die Arbeitsgeschwindigkeit des Kalanders 8 erhöht werden. Dies hat jedoch zur Folge, daß zur Erreichung der Qualitätsziele, wie Rauhigkeit und Glätte, die Linienlast und/oder die Oberflächentemperatur der beheizten, harten Walzen 10, 12, 15, 17 erhöht werden muß. Dies kann aber andere Nachteile zur Folge haben, beispielsweise eine höhere Schwarzsatinage.

Eine Alternative besteht darin, die Anzahl der Walzen im Kalander 8 von zehn auf zwölf zu erhöhen.

Um diese Maßnahmen nicht treffen zu müssen, ist nun zwischen der Trockengruppe 3 der Papiermaschine 2 und der Aufrollung 4 eine Kalandriereinheit 23 angeordnet, die im vorliegenden Fall zwei Walzenstapel 24, 25 mit jeweils zwei Walzen aufweist. Jeder Walzenstapel weist eine weiche Walze 26, 28 und eine harte, beheizte Walze 27, 29 auf, wobei die Papierbahn so durch die beiden Walzenstapel 24, 25 geführt wird, daß zunächst die Oberseite an der harten Walze 27 und dann die Unterseite an der harten Walzen 29 anliegt. Natürlich kann die Reihenfolge der Walzen auch umgekehrt sein.

In der Kalandriereinrichtung 23 wird die Papierbahn 1 mit Linienlasten von 10 bis 1.000 N/mm beaufschlagt. Dadurch erfolgt eine Vorsatinage oder Vorglättung. Gleichzeitig erfolgt auch eine gewisse Kalibrierung. Die Kalibrierung kann vor allem dann bewirkt werden, wenn in einem der Walzenstapel 24, 25 eine weiche Walze 26, 28 durch eine nicht näher dargestellte harte Walze ersetzt wird. Bei der nicht näher dargestellten harten Walze kann es sich um eine Profilierungswalze vom Typ Nipco oder Nipcorect handeln. Zur Kalibirierung können aber auch externe Mittel herangezogen werden, z.B. eine Induktivheizung.

Natürlich kann man zur Vorsatinage in der Kalandriereinheit 23 auch mehr als die beiden dargestellten Nips verwenden. Dies läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß man die Walzenstapel 24, 25 mit mehr als nur zwei Walzen ausführt oder eine entsprechend größere Anzahl von Walzenstapeln hintereinander anordnet.

Der Kalandriereinheit 23 ist eine Nachfeuchtungseinheit 30 nachgeschaltet, die die Papierbahn 1 nachfeuchtet, wenn dies erforderlich ist. Die Papierbahn verliert in der Kalandriereinheit 23 in der Regel eine gewisse Feuchtigkeit, so daß man für optimale Bedingungen im Kalander 8 eine Feuchtigkeitserhöhung vornehmen sollte.

Vor der Kalandriereinheit 23 ist eine Auffeuchtungseinrichtung 31 angeordnet, die die aus der Trockengruppe 3 der Papiermaschine 2 kommende und mit einer relativ hohen Temperatur versehene Papierbahn 1 auffeuchtet. Natürlich können auch in der Kalandriereinheit 23 noch Befeuchtungseinrichtungen vorhanden sein, auch wenn dies nicht näher dargestellt ist.

Die beheizten, harten Walzen 27, 29 in der Kalandriereinheit können mit Oberflächentemperaturen im Bereich von 60 bis 300°C betrieben werden. Anstelle der dargestellten weichen Nips können, wie dies oben bereits erwähnt worden ist, auch ein oder mehrere harte Nips oder auch ein Breitnip verwendet werden, der durch eine Walze und eine Schuhwalze gebildet ist.

Auch wenn dies aufgrund der nicht maßstäblichen Darstellung nicht deutlich zu erkennen ist, kann vorgesehen sein, daß man beispielsweise die harten Walzen 27, 29 aus der Kalandriereinheit 23 mit den harten Walzen 10, 12, 15, 17 des Kalanders 8 austauscht. Auch die weichen Walzen 26, 28 können identisch zu den beiden Endwalzen 9, 18 des Kalanders 8 ausgebildet sein.

Mit der dargestellten Vorgehensweise bleiben die Kalandrierbedingungen im off-line-Kalander 8 moderat oder können sogar reduziert werden. Die Korrektur der Zweiseitigkeit kann bereits in der Kalandriereinheit 23 erfolgen, also on-line, so daß man auf diesen Punkt beim Durchlaufen des Kalanders 8 nicht mehr so stark achten muß. Die Wickelqualität in der Aufrollung 4 steigt, da die Papierbahn 1 bereits vorkalandriert und profilkorrigiert ist. Reservewalzen können im Kalander 8 und in der Kalandriereinheit 23 gemeinsam genutzt werden.

Die Ausfallzeiten der Linie aufgrund von eventuellen Kalanderproblemen werden geringer, da man immer eine Ausweichmöglichkeit hat.

Selbst wenn sämtliche Kalander 8 ausfallen sollten, könnte man immer noch ein zweites Produkt mit einer niedrigeren Qualität on-line in der Kalandriereinheit 23 produzieren.


Anspruch[de]
Verfahren zum Satinieren einer Papierbahn, die nach einem am Ende eines Produktionsabschnitts erfolgenden Trocknens aufgerollt, zu einem off-line-Kalander transportiert, dort abgerollt und durch den Kalander geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbahn (1) zwischen dem Trocknen und dem Aufrollen in einer mindestens einen durch eine harte Walze (27, 29) begrenzten Nip aufweisenden Kalandriereinheit (23) vorsatiniert wird, wobei die Papierbahn (1) vor dem Einlaufen in die Kalandriereinheit (23) und/oder beim Durchlaufen der Kalandriereinheit (23) befeuchtet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine den Nip begrenzenden Walze (27, 29) auf eine Oberflächentemperatur im Bereich von 60 bis 300°C beheizt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Papierbahn (1) im Nip mit einer Streckenlast von maximal 1.000 N/mm beaufschlagt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Papierbahn (1) nach dem Durchlaufen der Kalandriereinrichtung (23) und vor dem Aufrollen befeuchtet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Papierbahn (1) in der Kalandriereinheit (23) vorkalibriert. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kalandriereinheit (23) mindestens einen Soft-Nip, der durch eine weiche und eine harte Walze (26, 27; 28, 29) gebildet ist, einen Hart-Nip, der durch zwei harte Walzen gebildet ist, einen Breitnip, der durch eine Schuhwalze und ein Gegendruckelement gebildet ist, oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Nip-Arten verwendet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zweiseitigkeit der Papierbahn (1) in der Kalandriereinheit (23) auf ein vorbestimmtes Maß vermindert. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kalandriereinheit (23) Walzen gleicher Bauart wie im off-line-Kalander (8) verwendet.






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