EP1251203B1 - Schuhpressenbelt - Google Patents
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Classifications
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
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-
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-
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- Y10S162/00—Paper making and fiber liberation
- Y10S162/901—Impermeable belts for extended nip press
Definitions
- the invention relates to a shoe press belt according to the preamble of claim 1.
- Such a shoe press belt which is also referred to in German as Preßmantel, is used in paper, board or tissue machines for extensive dewatering of the respective product (wet press) or for finishing the surface (calender) (see, eg EP 0 939 162 A2 ).
- the corresponding wet presses or calenders have an extended press nip ("Preßnip") and are therefore also referred to as shoe presses.
- the shoe press belt or the press cover On its back (bottom) with the actual press shoe in sliding contact and must therefore have on this page excellent sliding properties.
- the shoe press belt comes into contact with a dewatering felt (and via this indirectly with the respective product) or - in the case of a calender - also directly with the product, which is pressed by a rotating roller.
- Shoe press belts are known in various designs from the prior art.
- EP 0 420 372 B1 a generic shoe press belt with a base fabric in the form of an endless loop with inside and outside, smooth polymer resin coating, which makes the fabric impermeable to liquids and gives it a uniform thickness.
- polymer resin which forms the elastomer here is called polyurethane.
- the tape has a smooth, liquid-impermeable belt layer on the back side and a carrier web and a fiber layer attached thereto on the front side.
- a generic press cover for a shoe press which comprises an elastomeric jacket material and two layers of reinforcing threads.
- the jacket material reference is here made, on the one hand, to a swellable material and, on the other hand, to polyurethane.
- a paper machine fabric especially a shoe press belt - described, in which a carrier fabric is provided with a polymer coating, which tixotropic material (for example, aramid or silica glass).
- tixotropic material for example, aramid or silica glass.
- a base material is also specifically called polyurethane.
- the invention is based on the object of providing a shoe press belt with further improved service properties, in particular optimized elasticity properties and advantageous multi-dimensional curvature behavior, in order to achieve a smooth machine run with low drive power and a high overall running time.
- the invention includes the basic idea of forming the shoe press belt with an elastomer layer of a very soft and conformable (and also reasonably inexpensive) elastomer, whereby it can be given an unusually low bending moment and a low overall modulus of elasticity.
- the combination of these advantageously adjusted parameters results in the achievement of the abovementioned, in several aspects improved performance properties.
- the soft rubber elastomer layer of the belt comprises a highly abrasion resistant rubber compound of a plurality of rubber compositions. These compositions are particularly homogeneously mixed in the compound.
- the hardness of the soft rubber layer is preferably in the range between 20 and 50 P + J, in a currently regarded as a standard variant execution at about 35 P + J.
- a fiber reinforcement or a composite material is incorporated in the elastomer layer.
- This textile reinforcing component is preferably formed according to the current state of knowledge as a scrim in the circumferential and / or longitudinal direction of the belt.
- the use of a fabric as a reinforcing layer is possible.
- modified glass fibers or carbon fibers but in particular high-strength plastic fibers, can be used as reinforcing material.
- polyester and polyamide copolymers or aramid particular consideration is given to polyester and polyamide copolymers or aramid.
- combinations or mixtures of these materials can also be used appropriately.
- the reinforcing layer is preferably incorporated close to the back in the elastomer-textile composite, on the one hand not to affect the rubber-elastic behavior on the front of the belt and on the other hand the lowest possible bending moment at the shoe curvature and at the belt ends and thus overall the intended optimization of the multi-dimensional curvature behavior to ensure.
- the total thickness of the Belts in particular in the range between 5 and 10 mm, by default at about 7.5 mm, is selected.
- the front of the belt can be made smooth, which will be particularly useful when used in a calender. But it can - especially for use in a wet press - also have a pronounced structure. At present, a structure with recesses in the form of blind holes appears to be preferred. These can be formed in particular approximately cylindrical and isolated from each other. But there are also structures with interconnected recesses, groove structures or similar. applicable.
- the open cross-sectional area of the structured front (ie, the total area of the recesses) suitably accounts for 10 to 50% of the frontal total area of the belt.
- an area fraction of the apertures of about 20% appears appropriate.
- the recesses have in particular lateral dimensions in the range between 0.5 and 5 mm, in particular between 1 and 3 mm. Their depth is suitably in the same range.
- the shoe press belt has a significantly reduced stiffness compared to conventional Belts or - converted to the cross-section - bending stress.
- force is preferably 17 N or less, in particular 13 N or less, and the Bending stress is below 110 N / cm 2 and in particular below 90 N / cm 2 .
- a force of 11 N and a bending stress of 70 N / cm 2 were measured.
- a press shoe 5 is disposed opposite a press shoe 3, and in the press nip 7 formed between both, a paper web 13 is dewatered between a shoe press belt 9 sliding on the press shoe 3, a press felt 11 and the surface of the press roll 5.
- the shoe press belt 9 must on the one hand have an elasticity and flexibility which ensures the best possible contact with the curved surface of the press shoe 3 and the uniform application of an elastic pressure to the paper web 13 (via the press felt 11). On the other hand, it must be designed sufficiently stable in order to be able to cope with the high continuous load (tensile, compressive and Schwingungsbeansrpuchung) in the press nip 7 over an economically acceptable life.
- the hardness of the soft rubber is in the standard version at 35 P + J, but can be varied according to customer requirements by appropriate variation and mixture of rubber compositions within wide limits.
- the soft rubber can be used at operating temperatures above 100 ° C in continuous operation and can withstand temperature peaks of up to approx. 130 ° C.
- a shoe press belt 9 suitable for meeting these requirements is shown schematically in cross-section in FIG. 2.
- This shoe press belt 9 has as a base a soft rubber band 9a, near the back of a textile reinforcing layer 9b is provided with a scrim of carbon fibers or modified glass fibers or aramid fibers.
- the total thickness of the belt is 7.5 mm; in the area of the lateral lips 9c approx. 5 mm.
- blind holes 9d with a diameter of 2.5 mm and a depth of 2 mm. The total area of the openings is 20% of the front surface of the Belt.
- the embodiment of the invention is not limited to this example, but also in a variety of modifications - both in terms of the materials of the individual components as well as in terms of geometric dimensions - possible.
Landscapes
- Paper (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Schuhpressenbelt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein solches Schuhpressenbelt, das im Deutschen auch als Preßmantel bezeichnet wird, wird in Papier-, Karton- oder Tissuemaschinen zur weitgehenden Entwässerung des jeweiligen Produktes (Naßpresse) oder auch zur Veredlung der Oberfläche (Kalander) eingesetzt (siehe z.B.
EP 0 939 162 A2 ). Die entsprechenden Naßpressen bzw. Kalander haben einen verlängerten Pressenspalt ("Preßnip") und werden daher auch als Schuhpressen bezeichnet. - In ihrem Pressenspalt kommt das Schuhpressenbelt oder der Preßmantel auf seiner Rückseite (Unterseite) mit dem eigentlichen Pressenschuh in Gleitkontakt und muß daher auf dieser Seite ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen. Auf seiner Vorderseite (Oberseite) kommt das Schuhpressenbelt mit einem Entwässerungsfilz (und über diesen indirekt mit dem jeweiligen Produkt) oder - bei einem Kalander - auch direkt mit dem Produkt in Berührung, welches durch eine rotierende Walze angedrückt wird.
- Neben den erwähnten Gleiteigenschaften der Rückseite kommt es hierbei auch auf die Flüssigkeitsundurchlässigkeit des Belts an, denn es soll weder Wasser aus dem Produkt bzw. Entwässerungsfilz auf den Pressenschuh gelangen, noch darf Schmiermittel von diesem in das Produkt bzw. den Filz kommen. Zudem sind bestimmte Elastizitäts- und Biegeeigenschaften gefordert.
- Schuhpressenbelts sind in verschiedenen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt.
- So beschreibt die
EP 0 420 372 B1 ein gattungsgemäßes Schuhpressenbelt mit einem Basisgewebe in Form einer endlosen Schleife mit innen- und außenseitiger, glatter Polymerharzbeschichtung, die das Gewebe impermeabel für Flüssigkeiten macht und ihm eine gleichförmige Dicke verleiht. Als Polymerharz, welcher das Elastomere bildet, wird hier Polyurethan genannt. - Aus der
DE 50 20 005 C1 ist ein weiteres Band zum Einsatz in Papiermaschinen, insbesondere in Naßpressen mit verlängertem Pressenspalt (Schuhpressen), bekannt. Das Band hat eine auf der Rückseite glatte, biegsame, flüssigkeitsundurchlässige Bandschicht und auf der Vorderseite eine Trägerbahn und eine daran befestigte Faserschicht. - Auch aus der
DE 42 02 731 A1 ist ein gattungsgemäßer Preßmantel für eine Schuhpresse bekannt, der ein elastomeres Mantelmaterial und zwei Lagen von Verstärkungsfäden aufweist. Zur Spezifikation des Mantelmaterials wird hier einerseits auf ein quellfähiges Material, andererseits auf Polyurethan hingewiesen. - Aus der
WO 95/16820 - Schließlich ist aus der
DE 44 38 354 A1 ein weiterer Preßmantel aus elastomerem Material bekannt, in das eine im wesentlichen parallel zur Oberfläche verlaufende Gewebeschicht aus einem hochfesten Material - beispielsweise Aramidfasern - eingebettet ist. - Diesen bekannten Lösungen gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schuhpressenbelt mit weiter verbesserten Gebrauchseigenschaften, insbesondere optimierten Elastizitätseigenschaften und vorteilhaftem mehrdimensionalem Krümmungsverhalten, zur Erreichung eines ruhigen Maschinenlaufes bei geringen Antriebsleistungen und hoher Gesamtlaufzeit zugrunde.
- Diese Aufgabe wird durch ein Schuhpressenbelt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Im Ergebnis der Erfindung wird auch eine verbesserte Naßpresse bzw. ein verbesserter Kalander für die Papier-, Karton- und Tissueherstellung bereitgestellt.
- Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, das Schuhpressenbelt mit einer Elastomerschicht aus einem sehr weichen und anschmiegsamen (und zudem hinreichend kostengünstigen) Elastomeren auszubilden, wodurch ihm insgesamt ein ungewöhnlich geringes Biegemoment und ein geringer Gesamt-Elastizitätsmodul verliehen werden können. In der Kombination dieser vorteilhaft eingestellten Parameter liegt die Erzielung der oben erwähnten, in mehreren Aspekten verbesserten Gebrauchseigenschaften begründet.
- Gemäß der Erfindung umfaßt die Weichgummi-Elastomerschicht des Belts einen hochgradig abriebfesten Gummi-Compound aus mehreren Kautschuk- bzw. Silikonkautschuk-Zusammensetzungen. Diese Zusammensetzungen sind im Compound insbesondere homogen miteinander vermischt.
- Durch Wahl der konkreten Zusammensetzung bzw. Zusammensetzungen ist eine Einstellung der Härte der Weichgummischicht nach den Bedürfnissen des jeweiligen Einsatzfalles, also nach Kundenwunsch, möglich. Die Härte liegt bevorzugt im Bereich zwischen 20 und 50 P+J, in einer derzeit als Standardvariante angesehenen Ausführung bei ca. 35 P+J.
- Um die Bruchfestigkeit des Belts den hohen Beanspruchungen anzupassen, ist in die Elastomerschicht eine Faserverstärkung (fibre reinforcement) bzw. ein Verbundwerkstoff eingearbeitet. Diese textile Verstärkungskomponente ist nach derzeitigem Kenntnisstand bevorzugt als Fadengelege in Umfangs- und/oder Längsrichtung des Belts ausgebildet. Auch eine Ausführung als Stapelfaservlies aus Kurzfasern - als eigenständige Verstärkungsschicht oder in Kombination mit einer weiteren Verstärkung, beispielsweise dem erwähnten Fadengelege, - erscheint als sinnvoll. Auch der Einsatz eines Gewebes als Verstärkungsschicht ist möglich.
- Als Verstärkungsmaterial können insbesondere modifizierte Glasfasern oder Kohlenstoffasern, insbesondere aber auch hochfeste Kunststoffasern, eingesetzt werden. Bei letzteren ist insbesondere an Polyester- und Polyamid-Copolymere oder Aramid zu denken. In Anpassung an Kundenanforderungen sind auch Kombinationen bzw. Mischungen dieser Materialien zweckmäßig einsetzbar.
- Die Verstärkungsschicht ist bevorzugt nahe der Rückseite im Elastomer-Textil-Verbund eingearbeitet, um einerseits das gummielastische Verhalten auf der Vorderseite des Belt nicht zu beeinträchtigen und andererseits ein möglichst geringes Biegemoment an der Schuhkrümmung und an den Beltenden und damit insgesamt die beabsichtigte Optimierung des mehrdimensionalen Krümmungsverhaltens zu gewährleisten.
- In diesem Sinne wird die Gesamtdicke des Belts (in Abstimmung auf die Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften der einzelnen Materialien) insbesondere im Bereich zwischen 5 und 10 mm, standardmäßig bei ca. 7,5 mm, gewählt.
- Die Vorderseite des Belts kann glatt ausgeführt sein, was insbesondere beim Einsatz in einem Kalander zweckmäßig sein wird. Sie kann aber - speziell für den Einsatz in einer Naßpresse - auch eine ausgeprägte Struktur aufweisen. Als bevorzugt erscheint derzeit eine Struktur mit Ausnehmungen in Art von Sacklöchern. Diese können insbesondere annähernd zylindrisch und voneinander isoliert gebildet sein. Es sind aber auch Strukturen mit untereinander verbundenen Ausnehmungen, Rillenstrukturen o.ä. anwendbar.
- Je nach konkreten Einsatzbedingungen macht die offene Querschnittsfläche der strukturierten Vorderseite (d.h. die Gesamtfläche der Ausnehmungen) zweckmäßigerweise 10 bis 50 % der Vorderseiten-Gesamtfläche des Belt aus. Für herkömmliche Naßpressen-Anwendungen erscheint ein Flächenanteil der Öffnungen von ca. 20 % als angemessen. Die Ausnehmungen haben insbesondere laterale Abmessungen im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 3 mm. Ihre Tiefe liegt zweckmäßigerweise im gleichen Bereich.
- Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung hat das Schuhpressenbelt eine gegenüber herkömmlichen Belts deutlich verringerte Steifigkeit bzw. - umgerechnet auf den Querschnitt - Biegespannung. So liegt die zur Erreichung einer Durchbiegung von 15 mm bei einem Dreipunkt-Biegeversuch an einem 30 mm breiten und 5 mm dicken Prüfling auf zwei in 100 mm Abstand angeordneten Auflagen aufzuwendende Kraft bevorzugt bei 17 N oder weniger, insbesondere 13 N oder weniger, und die Biegespannung liegt unterhalb von 110 N/cm2 und insbesondere unterhalb von 90 N/cm2. Bei einer praktisch bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Belts wurden eine Kraft von 11 N und eine Biegespannung von 70 N/cm2 gemessen.
- Mit einer derartigen Elastizität trägt es wesentlich zur Einsparung von Antriebsleistung und einem ruhigen Lauf der jeweiligen Naßpresse bzw. des Kalanders bei, ohne daß andererseits wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Standzeit in Kauf genommen werden müßten. Im Gegenteil beeinflussen die verringerten verformungsabhängigen Materialspannungen die Lauf- bzw. Standzeit des Belts sogar positiv.
- Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden, skizzenartigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Längsschnittdarstellung des Naßpressenabschnitts einer Papiermaschine und
- Fig. 2
- eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schuhpressenbelts einer solchen Naßpresse.
- Fig. 1 zeigt in einer Ausschnittsdarstellung den Pressenspalt einer Naßpresse 1 einer Papiermaschine mit verlängertem Pressenspalt (Schuhpresse). Einem Pressenschuh 3 gegenüber ist eine Preßwalze 5 angeordnet, und in dem zwischen beiden gebildeten Preßspalt (Preßnip) 7 wird zwischen einem auf dem Pressenschuh 3 gleitenden Schuhpressenbelt 9, einem Preßfilz 11 und der Oberfläche der Preßwalze 5 eine Papierbahn 13 entwässert.
- Der Schuhpressenbelt 9 muß einerseits eine Elastizität und Biegsamkeit haben, die ein möglichst gutes Anliegen an der gekrümmten Oberfläche des Pressenschuhs 3 und die gleichmäßige Ausübung eines elastischen Andruckes an die Papierbahn 13 (über den Preßfilz 11) gewährleistet. Andererseits muß er hinreichend stabil ausgeführt sein, um der hohen Dauerbeanspruchung (Zug-, Druck- und Schwingungsbeansrpuchung) im Pressenspalt 7 über eine wirtschaftlich akzeptable Standzeit gewachsen zu sein. Die Härte des Weichgummis liegt in der Standardausführung bei 35 P+J, ist aber nach Kundenwunsch durch entsprechende Variation und Mischung von Kautschukzusammensetzungen in weiten Grenzen variierbar. Der Weichgummi ist bei Einsatztemperaturen von oberhalb 100 °C im Dauereinsatz verwendbar und hält Temperaturspitzen von bis ca. 130 °C aus.
- Ein zur Erfüllung dieser Anforderungen geeignetes Schuhpressenbelt 9 ist in Fig. 2 (schematisch) im Querschnitt dargestellt. Dieses Schuhpressenbelt 9 hat als Basis ein Weichgummiband 9a, nahe dessen Rückseite eine textile Verstärkungsschicht 9b mit einem Fadengelege aus Kohlenstoffasern oder modifizierten Glasfasern oder Aramidfasern vorgesehen ist. Die Gesamtdicke des Belt beträgt 7,5 mm; im Bereich der seitlichen Lippen 9c ca. 5 mm. In die Belt-Vorderseite sind Blindlöcher 9d mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Tiefe von 2 mm eingeformt. Die Gesamtfläche der Öffnungen liegt bei 20 % der Vorderfläche des Belt.
- Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen - sowohl hinsichtlich der Materialien der einzelnen Komponenten als auch hinsichtlich der geometrischen Abmessungen - möglich.
-
- 1
- Naßpresse
- 3
- Pressenschuh
- 5
- Preßwalze
- 7
- Pressenspalt
- 9
- Schuhpressenbelt
- 9a
- Weichgummiband
- 9b
- textile Verstärkungsschicht
- 9c
- Lippe
- 9d
- Blindlöcher
- 11
- Preßfilz
- 13
- Papierbahn
Claims (13)
- Schuhpressenbelt (9) einer Naßpresse oder eines Kalanders mit verlängertem Pressenspalt, insbesondere für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einer biegsamen, flüssigkeitsundurchlässigen Elastomerschicht (9a) und einer textilen Verstärkungsschicht (9b),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Elastomerschicht (9a) Weichgummi, nämlich einen hochabriebfesten Gummi-Compound aus mehreren Kautschuk- und/oder Silikonkautschuk-Zusammensetzungen, mit einer Härte im Bereich zwischen 5 und 100 P+J aufweist. - Schuhpressenbelt nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Härte der Elastomerschicht (9a) im Bereich zwischen 20 und 50 P+J, bevorzugt bei ca. 35 P+J, liegt. - Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die textile Verstärkungsschicht (9b) in Gebrauchslage nahe der einem Pressenschuh (3) zugewandten Rückseite in die Elastomerschicht (9a) eingefügt ist derart, daß sie keine wesentliche Veränderung der gummielastischen Eigenschaften der Elastomerschicht (9a) an deren Vorderseite bewirkt. - Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die textile Verstärkungsschicht (9b) modifizierte Glasfasern, Kohlenstoffasern und/oder hochfeste Kunststoffasern aufweist. - Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die textile Verstärkungsschicht (9b) in Fadengelege in Umfangs- und/oder Längsrichtung des Schuhpressenbelts (9) aufweist. - Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 5 und 10 mm, insbesondere von ca. 7,5 mm. - Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine strukturierte, insbesondere mit Ausnehmungen (9d) in Art von Sacklöchern versehene, Vorderseite. - Schuhpressenbelt nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (9d) laterale Abmessungen und eine Tiefe im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 3 mm, haben. - Schuhpressenbelt nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die offene Querschnittsfläche der strukturierten Vorderseite einen Anteil zwischen 10 und 50 %, insbesondere von ca. 20 %, der Vorderseiten-Gesamtfläche einnimmt. - Schuhpressenbelt nach einem des vorangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Dreipunkt-Biegeversuch an einem Prüfling von 30 mm Breite und 5 mm Dicke auf zwei in 100 mm Abstand angeordneten Auflagen zur Erzielung einer Durchbiegung von 15 mm eine Kraft von 17 N oder weniger, insbesondere 13 N oder weniger, auszuüben ist und eine Biegespannung von 110 N/cm2 oder weniger, insbesondere von 90 N/cm2 oder weniger, auftritt. - Schuhpressenbelt nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem Dreipunkt-Versuch eine Kraft von 11 N aufzuwenden ist und eine Biegespannung von 70 N/cm2 auftritt. - Naßpresse mit verlängertem Pressenspalt einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem Schuhpressenbelt nach einem der vorangehenden Ansprüche.
- Kalander mit verlängertem Pressenspalt einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem Schuhpressenbelt nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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