DE102019124681A1

DE102019124681A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE102019124681A1
Application number: DE102019124681.4A
Authority: DE
Inventors: Ronaldo Parucker; Jonas Bergström
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Faserstoffbahn (FB), insbesondere einer Tissuepapierbahn, umfassend eine Formierpartie (12) zum Formieren der Faserstoffbahn (FB), wobei die Formierpartie (12) einen Gapformer mit einem Stoffauflauf (18), einer ersten Bespannung (20) und einer zweiten Bespannung (22) umfasst; eine Pressenpartie (14) zum Pressen der formierten Faserstoffbahn (FB), wobei die Pressenpartie (14) ein erstes Presselement (26) und ein zweites Presselement (28) umfasst, die zusammen einen Pressspalt ausbilden, durch welchen im bestimmungsgemäßem Gebrauch der Vorrichtung (10) die erste Bespannung (20), eine dritte Bespannung (34) und dazwischen die Faserstoffbahn (FB) geführt werden; und eine Trockenpartie (16) zum weiteren Trocknen der gepressten Faserstoffbahn (FB), wobei die Trockenpartie (16) einen Trockenzylinder (50) umfasst, an welchen die auf der dritten Bespannung (34) transportierte Faserstoffbahn (FB) übergeben wird, wobei hierzu eine Transfervorrichtung (48) zusammen mit dem Trockenzylinder (50) einen Transferspalt ausbildet, durch welchen im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung (10) die Faserstoffbahn (FB) und die dritte Bespannung (34) geführt werden, wobei die dritte Bespannung (34) eine der Faserstoffbahn (FB) zugewandte Oberseite, eine der Faserstoffbahn (FB) abgewandte Unterseite und zur Konturierung der Faserstoffbahn (FB) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, welche sich von der Oberseite zu der Unterseite erstrecken, aufweist, wobei die offene Fläche auf der Oberseite und/oder der Unterseite der dritten Bespannung kleiner als 20%, vorzugsweise zwischen 5% und 15%, ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (FB) unter Verwendung einer solchen Vorrichtung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuepapierbahn, umfassend eine Formierpartie zum Formieren der Faserstoffbahn, wobei die Formierpartie einen Gapformer mit einem Stoffauflauf, einer ersten Bespannung und einer zweiten Bespannung umfasst; eine Pressenpartie zum Pressen der formierten Faserstoffbahn, wobei die Pressenpartie ein erstes Presselement und ein zweites Presselement umfasst, die zusammen einen Pressspalt ausbilden, durch welchen im bestimmungsgemäßem Gebrauch der Vorrichtung die erste Bespannung, eine dritte Bespannung und dazwischen die Faserstoffbahn geführt werden; und eine Trockenpartie zum weiteren Trocknen der gepressten Faserstoffbahn, wobei die Trockenpartie einen Trockenzylinder umfasst, an welchen die auf der dritten Bespannung transportierte Faserstoffbahn übergeben wird, wobei hierzu eine Transfervorrichtung zusammen mit dem Trockenzylinder einen Transferspalt ausbildet, durch welchen im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung die Faserstoffbahn und die dritte Bespannung geführt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuepapierbahn, unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind zum Beispiel aus der Druckschrift US 8,414,741 B2 bekannt. Jedoch weist diese bekannte Vorrichtung einige Nachteile auf. So ist es beispielsweise notwendig, in der Transfervorrichtung eine sehr hohe Druckkraft auf die Faserstoffbahn auszuüben, damit diese nach der Transfervorrichtung nicht weiter an der dritten Bespannung anhaftet, sondern der Oberfläche des Trockenzylinders folgt. Durch die hohen Druckkräfte muss jedoch die Transfervorrichtung entsprechend aufwändig und damit kostspielig ausgeführt werden. Auch der Trockenzylinder, welcher die Druckkräfte aufnehmen muss, ist entsprechend stabil bzw. dickwandig auszuführen, was nicht nur die Herstellkosten erhöht, sondern auch zu einer schlechteren Wärmeleitung von der Wärme im Inneren des Trockenzylinders durch dessen Wandung zu der Faserstoffbahn führt.
Zusätzlich zu den hohen Druckkräften in der Transfervorrichtung ist es häufig notwendig, die dritte Bespannung aufwändig zu reinigen und mit Chemikalien zu besprühen, um eine saubere Ablösung der Faserstoffbahn sicherzustellen.
Da die dritte Bespannung gemäß der Lehre der US 8,414,741 B2 im Wesentlichen glatt und vorzugsweise impermeabel ausgebildet sein soll, muss zudem der Abstand bzw. die Länge der dritten Bespannung zwischen Pressspalt der Trockenpartie und Transferspalt der Transfervorrichtung relativ lang ausgebildet sein, damit die Faserstoffbahn ausreichend Zeit hat, den Feuchtigkeitsfilm, der sich nach dem Presspalt zwischen der Faserstoffbahn und der glatten und impermeablen dritten Bespannung ausbildet, wieder in sich aufzusaugen, damit dieser durch seine Sogwirkung ein Ablösen der Faserstoffbahn von der dritten Bespannung nicht verhindert. Eine große Länge der dritten Bespannung zwischen dem Presspalt und dem Transferspalt führt jedoch zu höheren Kosten. Zudem ist eine Rückbefeuchtung der Faserstoffbahn nach dem Pressspalt energetisch kontraproduktiv, da das erneut aufgenommene Wasser anschließend durch mehr Leistung in der Trockenpartie wieder aus der Faserstoffbahn entfernt werden muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs beschriebene, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung und das entsprechende Verfahren derart weiterzubilden, dass die genannten Nachteile zumindest teilweise reduziert oder bestenfalls ganz vermieden werden. Insbesondere soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die kostengünstig realisiert werden kann und einen zuverlässigen Transfer der Faserstoffbahn von der dritten Bespannung auf den Trockenzylinder ermöglicht, auch ohne hohe Druckkräfte in der Transfervorrichtung auf die Faserstoffbahn aufbringen zu müssen. Dabei soll die fertige Faserstoffbahn vorzugsweise von hoher Qualität, insbesondere einen großen Bulk aufweisen, d.h. eine relativ große Dicke aufweisen bezogen auf die Menge des eingesetzten Faserstoffs.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
Gemäß Anspruch 1 wird dabei die eingangs beschriebene, gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass die dritte Bespannung eine der Faserstoffbahn zugewandte Oberseite, eine der Faserstoffbahn abgewandte Unterseite und zur Konturierung der Faserstoffbahn eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, welche sich von der Oberseite zu der Unterseite erstrecken, aufweist, wobei die offene Fläche auf der Oberseite und/oder der Unterseite der dritten Bespannung kleiner als 20%, vorzugsweise zwischen 5% und 15%, ist.
Durch die Durchgangsöffnungen, welche relativ groß ausgebildet sind, nämlich groß genug, um die Faserstoffbahn in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu strukturieren, kann sich die Faserstoffbahn wesentlich leichter von der dritten Bespannung in der Transfervorrichtung lösen und nach der Transfervorrichtung der Oberfläche des Trockenzylinders weiter folgen. Die Durchgangsöffnungen ermöglichen nämlich eine Hinterlüftung der Faserstoffbahn und verhindern somit eine Sogwirkung.
Die Durchgangsöffnungen können dabei auf jede bekannte Art und Weise in die dritte Bespannung eingebracht werden. Insbesondere wenn die dritte Bespannung im Wesentlichen aus einer extrudierten Kunststofffolie besteht, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, können die Durchgangsöffnungen zum Bespiel durch Laserbohren oder Ätzen eingebracht werden. Da die Durchgangsbohrungen jedoch hinsichtlich ihrer Dimensionierung die Eigenschaft aufweisen sollen, die Faserstoffbahn bei bestimmungsgemäßer Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu konturieren, wird es bevorzugt, wenn die Durchgangsöffnungen durch Stanzen in die dritte Bespannung eingebracht werden. Auf diese Weise können einfach relativ große Durchgangsöffnungen erzeugt werden.
Versuche haben ergeben, dass sich sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielen lassen, wenn die offene Fläche auf der Oberseite und/oder Unterseite (bei Durchgangsöffnungen in Form von geraden Kreiszylindern entspricht die offene Fläche der Oberseite der offenen Fläche der Unterseite) kleiner als 20% ist, vorzugsweise zwischen 5% und 15%. Andere Versuche mit Bespannungen, die eine größere offene Fläche aufweisen, zum Beispiel eine offene Fläche von 40%, waren im Ergebnis deutlich schlechter. Die guten Versuchsergebnisse werden vor allem damit erklärt, dass die restlichen 89%-92%, welche als geschlossene Fläche durch das verbleibende Material der dritten Bespannung definiert werden, einen guten Kontakt der Faserstoffbahn zu dem Trockenzylinder erlauben. Dieser gute Kontakt ermöglicht zum einen ein leichtes Anhaften der Faserstoffbahn an den Trockenzylinder, ohne hierzu allzu große Druckkräfte in einer ebenfalls nachfolgend noch näher beschriebenen Transfervorrichtung aufbringen zu müssen, und zum anderen einen guten Wärmeübergang von dem Trockenzylinder in die Faserstoffbahn. Als Folge der geringeren Anpresskräfte in der Transfervorrichtung kann der Trockenzylinder dünnwandiger ausgeführt werden, was zum einen die Herstellkosten reduziert und zum anderen den Wärmeübergang noch weiter verbessert.
Es hat sich ferner als günstig erwiesen, wenn einige oder alle Durchgangsöffnungen eine lichte Öffnung von einer Fläche aufweisen, die einem Kreis mit einem Durchmesser zwischen 1 mm und 5mm entspricht, wobei einige oder alle Durchgangsöffnungen vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Zylinders, weiter bevorzugt die Form eines geraden Kreiszylinders, aufweisen. Die Form der Öffnungen muss jedoch nicht zwingend die eines geraden Kreiszylinders sein. Von Bedeutung ist in erster Linie die Größe der lichten Fläche der Durchgangsöffnung, um eine gute Konturierung der Faserstoffbahn zu erzielen. Die Fläche eines Kreises zwischen 1 mm und 5mm lässt sich einfach über die Formel A=π*D²/4 berechnen, wobei A die Fläche und D der Durchmesser ist.
Unter dem Begriff „Konturierung“ versteht der Fachmann in diesem Zusammenhang, dass die fertige Faserstoffbahn eine mit bloßem Auge auch aus einiger Entfernung deutlich zu erkennende Musterung bzw. Prägung aufweist. Durch die hier vorgeschlagenen Durchgangsöffnungen, die die Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung konturiert, unterscheidet sich die dritte Bespannung eindeutig von der entsprechenden Bespannung in der eingangs genannten Druckschrift US 8,414,741 B2 , bei welcher diese Bespannung glatt und bevorzugt impermeable ausgebildet ist.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die dritte Bespannung im Wesentlichen aus einer extrudierten Kunststofffolie besteht, welche eine oder mehrere Schichten aufweisen kann. Beispielsweise kann die dritte Bespannung aus vier einzeln extrudierten, verstreckten und anschließend laminierten Kunststoffschichten bestehen, wobei jede einzelne Schicht zum Beispiel eine Dicke von 250µm aufweisen kann. Die dritte Bespannung kann über die gesamte Breite aus der Kunststofffolie bestehen und zum Endlosmachen der Bespannung nur ein einzige Naht, insbesondere Quernaht, aufweisen. Alternativ kann die dritte Bespannung auch aus mehreren Teilen einer Kunststofffolie bestehen, wobei die Teile an entsprechenden Nahtstellen miteinander verbunden sind, oder die dritte Bespannung kann durch einen helixartig aufgewickelten Folienstreifen gebildet sein, wobei die fertige Bespannung dann in der Regel nur eine einzige Naht, insbesondere Längsnaht aufweist. Durch die Herstellung aus einer Kunststofffolie kann erreicht werden, dass die dritte Bespannung, welche zusammen mit der ersten Bespannung und der dazwischen angeordneten Faserstoffbahn durch den Pressspalt der Pressenpartie geführt wird, möglichst wenig Wasser in sich aufnehmen kann. Somit kommt es nach dem Verlassen des Pressspalts zu keiner Rückbefeuchtung der Faserstoffbahn mit Wasser aus der dritten Bespannung, auf welchem die Faserstoffbahn nach der Pressenpartie zu der Trockenpartie geführt wird.
Gemäß einer ersten Variante kann dabei die geschlossene Fläche auf der Oberseite und/oder Unterseite der dritten Bespannung im Wesentlichen glatt ausgebildet sein. Mit „geschlossener Fläche“ ist dabei die zwischen den Durchgangsöffnungen verbleibende Fläche der dritten Bespannung gemeint.
Alternativ ist es jedoch gemäß einer zweiten Variante möglich, dass die geschlossene Fläche auf der Oberseite der dritten Bespannung strukturiert ist. Somit ist es möglich, die Faserstoffbahn nicht nur durch die Durchgangsöffnungen zu konturieren, sondern zusätzlich auch noch, zumindest zu einem gewissen Grad, in dem Bereich dazwischen zu strukturieren. Die Strukturierung der geschlossenen Fläche kann zum Beispiel durch Einätzen von Formen erzielt werden.
In Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erste Presselement eine Saugwalze mit einem besaugten Umfangsabschnitt ist, über welchen die erste Bespannung, die dritte Bespannung und dazwischen die Faserstoffbahn vor Erreichen des Pressspalts geführt werden, und zwar derart, dass radial innen die erste Bespannung, radial außen die dritte Bespannung und dazwischen die Faserstoffbahn über den besaugten Umfangsabschnitt der Saugwalze geführt werden, wobei die dritte Bespannung vorzugsweise mit einer Spannung von wenigstens 10kN/m über den besaugten Umfangsabschnitt der Saugwalze geführt wird. Durch die Ausbildung des ersten Presselements als Saugwalze wird die Faserstoffbahn bereits vor dem Durchlaufen des Pressspalts durch die Besaugung vorentwässert, so dass sie mit einem höheren Trockengehalt in den Pressspalt gelangt, gegenüber einer Variante, in der die Faserstoffbahn zuvor nicht besaugt worden ist. Hierdurch ist es möglich, eine geringere Presskraft auf die Faserstoffbahn in dem Pressspalt der Pressenpartie auszuüben, um den gewünschten Trockengehalt am Ende des Pressspalts zu erzielen. Auf diese Weise kann ein relativ großer Bulk der Faserstoffbahn erzielt werden, bei gleichzeitigem Einsatz von relativ kostengünstiger Technologie für die beiden Presselemente der Pressenpartie.
Zwar wird in der eingangs genannten Druckschrift US 8,414,741 B2 ebenfalls vorgeschlagen, die Faserstoffbahn vor dem Durchlaufen des Pressspalts mittels einer Saugwalze vorzuentwässern, jedoch ist diese Saugwalze separat und nicht als eines der beiden Presselemente ausgebildet, was zu zusätzlichen Kosten der Vorrichtung führt.
Indem die Faserstoffbahn zwischen der ersten Bespannung und der dritten Bespannung über den besaugten Umfangsabschnitt der Saugwalze geführt wird, kann zudem der Trockengehalt der Faserstoffbahn vor dem Durchlaufen des Pressspalts der Pressenpartie auf technisch relativ einfache Weise noch weiter merklich erhöht werden. Auf diese Weise wird die Faserstoffbahn nämlich, anders als in der eingangs genannten Druckschrift US 8,414,741 B2 beschrieben, nicht nur durch den auf die Faserstoffbahn wirkenden Unterdruck der Saugwalze entwässert, sondern auch noch durch die Bandspannung der dritten Bespannung. Die Faserstoffbahn wird also bereits vor dem Erreichen des Pressspalts der Pressenpartie zwischen der ersten Bespannung und der dritten Bespannung gepresst, wobei das ausgepresste Wasser von der Saugwalze zumindest teilweise abgesaugt wird. Vorzugsweise werden die erste Bespannung, die dritte Bespannung und die dazwischen angeordnete Faserstoffbahn über einen besaugten Umfangsabschnitt der Saugwalze geführt, welcher wenigstens 45° beträgt, weiter bevorzugt zwischen 60° und 100° beträgt.
Hinsichtlich der ersten Bespannung wird vorgeschlagen, dass diese ein Filz sein kann. Als „Filz“ kann dabei eine Bespannung verstanden werden, welche wenigstens eine Lage an Stapelfasern aufweist. Die Stapelfasern verhalten sich in der Pressenpartie wie ein Schwamm, welcher zunächst im Presspalt ausgedrückt wird und sich unmittelbar nach dem Pressspalt wieder entspannt, wobei während des Entspannens durch Kapillarkräfte der Faserstoffbahn Wasser entzogen und im Filz aufgenommen wird.
In der Pressenpartie kann das zweite Presselement vorteilhafter Weise eine dem Pressspalt zugewandte Oberfläche aufweisen, die glatt ausgebildet ist. „Glatt“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass diese Oberfläche keine Rillen, Bohrungen oder dergleichen aufweist. Durch die glatte Oberfläche folgt die Faserstoffbahn leichter der dritten Bespannung und wird nach dem Pressspalt nicht weiter mit der ersten Bespannung geführt. Dazu kann sich ein durch die Durchgangsbohrungen der dritten Bespannung hindurch auf die Faserstoffbahn wirkender Unterdruck ausbilden, zumindest solange das zweite Presselement in Kontakt mit der dritten Bespannung ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das zweite Presselement dazu ausgebildet ist, gemeinsam mit dem ersten Presselement einen verlängerten Pressspalt auszubilden. Beispielsweise können das erste und das zweite Presselement gemeinsam eine Schuhpresseneinheit bilden, wobei das zweite Presselement den so genannten Pressschuh und einen darüber rotierenden Pressmantel umfasst, während das erste Presselement vorzugsweise als Saugwalze ausgebildet ist. Der Pressschuh kann dabei eine konkave Form haben, die der Form der ihm gegenüberliegenden Walze angepasst ist. Durch die Verlängerung des Pressspalts ist es möglich, eine gute Entwässerungsleistung auch bei relativ niedrigen Presskräften zu erzielen, was sich positiv auf den Bulk der Faserstoffbahn auswirkt.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass vorzugsweise der besaugte Umfangsabschnitt der Saugwalze entweder vor dem verlängerten Presspalt oder aber, was weiter bevorzugt ist, im verlängerten Pressspalt endet, aber auf jeden Fall nicht über das Ende des Pressspalts hinausgeht, damit die Faserstoffbahn nach Verlassen des Pressspalts mit der dritten Bespannung weitergeführt wird und nicht an der ersten Bespannung haften bleibt, welche sich nach dem Pressspalt von der Faserstoffbahn trennen soll.
Ähnlich wie das zweite Presselement der Pressenpartie kann auch die Transfervorrichtung eine dem Transferspalt zugewandte Oberfläche aufweisen, die vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen verlängerten Transferspalt bereitzustellen. Hier ist es jedoch von Vorteil, wenn diese Oberfläche uneben, vorzugsweise gerillt, ausgebildet ist, um keinen Sogeffekt durch die Durchgangsöffnungen der dritten Bespannung auf die Faserstoffbahn im Transferspalt auszuüben, so dass die Faserstoffbahn nach dem Transferspalt einfach der Oberfläche des Trockenzylinders folgt.
Um den Trockengehalt der Faserstoffbahn bereits vor dem Erreichen des Pressspalts noch weiter zu erhöhen, können zudem Mittel zum Erhitzen der Faserstoffbahn vor Erreichen des Pressspalts vorgesehen sein, wobei die Mittel vorzugsweise in dem besaugten Umfangsabschnitt der Saugwalze auf die Faserstoffbahn wirken. Bei den Mitteln zum Erhitzen der Faserstoffbahn kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung handeln, die Dampf auf die Faserstoffbahn appliziert. Der Dampf kann von einem Reboiler stammen, der mit dem Trockenzylinder und/oder einer über dem Trockenzylinder angeordneten Dampfhaube verbunden ist. Alternativ können als Mittel zum Erhitzen der Faserstoffbahn jedoch auch eine herkömmliche Dampfhaube oder Heißluft eingesetzt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Tissuepapierbahn, unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Vorrichtung.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die vorzugsweise als Filz ausgebildete erste Bespannung wahlweise eine der Faserstoffbahn zugewandte glatte, d.h. die Faserstoffbahn nicht-konturierende Oberfläche aufweisen kann, oder eine Oberfläche, die geeignet ist, die Faserstoffbahn zu konturieren. Im letzteren Fall könnte man auch von einem Moulding Fabric sprechen. Da bei einem Moulding Fabric Konturen bereits während des Formierens in die Faserstoffbahn eingebracht werden, sind diese sehr stabil in der fertigen Faserstoffbahn verankert. Man spricht in diesem Zusammenhang auch davon, dass die Faserstoffbahn einen intrinsischen Erinnerungseffekt aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen und schematischen Figuren näher erklärt. Es zeigen:

1 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2 eine beispielhafte Ausführungsform der dritten Bespannung mit Durchgangsöffnungen zum Konturieren der Faserstoffbahn.

1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Formierpartie 12 zum Formieren einer Faserstoffbahn FB, eine sich an die Formierpartie 12 anschließende Pressenpartie 14 zum Pressen der formierten Faserstoffbahn FB und eine sich an die Pressenpartie 14 anschließende Trockenpartie 16 zum weiteren Trocknen der gepressten Faserstoffbahn FB. Die Faserstoffbahn FB ist in 1 als gestrichelte Linie dargestellt.
Zur Bildung der Faserstoffbahn FB wird zunächst eine Faserstoffsuspension, die überwiegend aus Wasser besteht und nur einen geringen Anteil von Fasern aufweist, über einen Stoffauflauf 18 in einen Spalt zwischen eine erste Bespannung 20 und eine zweiten Bespannung 22 eines so genannten Gap-Formers eingebracht. In diesem Ausführungsbeispiel kann die erste Bespannung 20 ein Filz sein, also eine Bespannung, welche wenigstens eine Lage an Stapelfasern aufweist, wohingegen die zweiten Bespannung 22 ein gewobenes Formiersieb sein kann. Die erste Bespannung 20, die zweite Bespannung 22 und die dazwischen angeordnete Faserstoffbahn FB werden gemeinsam mit einer gewissen Spannung über eine Formierwalze 24 geführt, welche vorzugsweise besaugt ist, um das aus der Faserstoffsuspension gepresste Wasser zumindest teilweise abzusaugen. Nach Verlassen des Spalts der Formierpartie 12 folgt die formierte Faserstoffbahn FB der ersten Bespannung 20 zur Pressenpartie 14.
Die Pressenpartie 14 umfasst ein erstes Presselement 26, welches vorzugsweise als eine Saugwalze 26 ausgebildet ist, und ein zweites Presselement 28, welches vorzugsweise, so wie in diesem Ausführungsbeispiel, als Schuhpresse ausgebildet ist und somit einen feststehenden Schuh 30 und einen um den Schuh 30 rotierenden Pressmantel 32 aufweist. Der Schuh 30 weist eine konkav gekrümmte Oberfläche auf, welche der konvexen Oberfläche des ersten Presselements 26 bzw. der Saugwalze 26 zugewandt und an diese angepasst ist. Das erste Presselement 26 und das zweiten Presselement 28 bilden zusammen einen verlängerten Pressspalt aus, durch welchen die erste Bespannung 20, eine dritte Bespannung 34 und die dazwischen angeordnete Faserstoffbahn FB gemeinsam geführt werden.
Die Saugwalze 26 umfasst einen besaugten Umfangsabschnitt 36, welcher hier nur schematisch angedeutet ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann sich der besaugte Umfangsabschnitt 36 zum Beispiel über etwa 90° des Umfangs der Saugwalze 26 erstrecken. Er endet entweder vor oder vorzugsweise, so wie hier, innerhalb des verlängerten Pressspalts, der von dem ersten Presselement 26 und dem zweiten Presselement 28 ausgebildet wird. Die erste Bespannung 20, die dritte Bespannung 34 und die dazwischen angeordnete Faserstoffbahn FB werden gemeinsam über zumindest einen Großteil, d.h. über wenigstens 45°, vorzugsweise über wenigstens 60°, des besaugten Umfangsabschnitts 36 geführt. Durch die Spannung der dritten Bespannung 34, welche wenigstens 10kN betragen sollte, erfährt die Faserstoffbahn FB zusätzlich zur Besaugung durch die Saugwalze 26 bereits vor dem Erreichen des Pressspalts der Pressenpartie 14 eine effiziente Vorentwässerung. Somit ist der Trockengehalt der Faserstoffbahn FB im Vergleich zur Ausführungsform, die in der eingangs genannten Druckschrift US 8,414,741 B2 beschrieben wird, bereits vor dem Erreichen des Pressspalts relativ hoch. Dies hat zum einen zur Folge, dass die eigentliche Presse, insbesondere Schuhpresse, konstruktiv einfacher und somit kostengünstiger ausgeführt werden kann. Zum anderen wirkt sich der höhere Trockengehalt der Faserstoffbahn FB vor dem Pressspalt auch positiv auf die Konturierung der Faserstoffbahn FB aus. Durch den höheren Trockengehalt weist nämlich das Material der Faserstoffbahn FB, insbesondere in den im Pressspalt stärker verdichteten Bereichen, eine höhere Widerstandskraft und damit am Ende einen größeren Bulk auf.
Nach dem Verlassen des Pressspalts der Pressenpartie 14 trennen sich die erste Bespannung 20 und die dritte Bespannung 34 voneinander, wobei die Faserstoffbahn FB weiter auf der dritten Bespannung 34 geführt wird. Um diese Trennung zuverlässig zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der besaugte Umfangsabschnitt 36 der Saugwalze 26 vor dem Ende des verlängerten Pressspalts endet. Ferner ist es vorteilhaft, wenn der um den Schuh 30 rotierende Pressmantel 32 eine der dritten Bespannung 34 und der Faserstoffbahn FB zugewandte Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen glatt, insbesondere frei von Rillen oder dergleichen, ausgebildet ist. Hierdurch kann durch die dritte Bespannung 34 hindurch ein Unterdruck auf die Faserstoffbahn FB wirken, welcher die Faserstoffbahn FB an der dritten Bespannung 34 hält.
Vorzugsweise ist die dritte Bespannung 34 eine extrudierte Kunststofffolie, welche eine oder mehrere Schichten aufweisen kann. Beispielsweise kann die dritte Bespannung 34 aus vier einzelnen Kunststoffschichten bestehen, die separat extrudiert, verstreckt und anschließend zusammenlaminiert worden sind. Dünnere Schichten lassen sich stärker verstrecken als dickere, so dass entsprechend gebildete Laminate hohe Zugfestigkeiten aufweisen können. Vorzugsweise weist die Hauptverstreckungsrichtung der einzelnen Schichten in Maschinenrichtung bzw. MD-Richtung der fertigen dritten Bespannung 34.
Wie in 2 zu erkennen ist, weist die dritte Bespannung 34 erfindungsgemäß eine Mehrzahl von relativ großen Durchgangsöffnungen 40 auf, welche eine der Faserstoffbahn FB zugewandte Oberseite 42 mit einer der Faserstoffbahn FB abgewandten Unterseite verbinden. Die Durchgangsöffnungen 40 können die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen, wobei die Zylinderachse orthogonal zur Oberseite 42 bzw. zur Unterseite der dritten Bespannung 34 orientiert ist. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen 40 durch Stanzen in die dritte Bespannung 34 eingebracht. Die Durchgangsöffnungen 40 sind derart dimensioniert, dass sie in der Lage sind, die Faserstoffbahn FB in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zu konturieren. Gute Ergebnisse konnten mit Durchmessern zwischen 1mm und 5mm, z.B. mit 1,3mm oder 3,0mm, erzielt werden.
Weiterhin haben Versuche gezeigt, dass eine große offene Fläche der dritten Bespannung 34, wie etwa eine offene Fläche von ca. 40%, zu weitaus weniger zufriedenstellenden Ergebnissen führt, im Vergleich zu einer kleineren offenen Fläche, insbesondere eine offenen Fläche von nicht mehr als 20%. Besonders gute Ergebnisse konnten mit einer offenen Fläche in der Größenordnung von 8%-11% erzielt werden.
Auf der der Faserstoffbahn FB zugewandten Oberseite 42 kann die geschlossene Fläche dabei wahlweise im Wesentlichen glatt ausgebildet sein oder leicht strukturiert sein, um feinere Strukturen in die Faserstoffbahn FB einzuprägen. Derartige Strukturierungen 44 können zum Beispiel durch Ätzen in die Oberseite 42 eingraviert werden.
Das Konturieren und ggf. feinere Strukturieren der Faserstoffbahn FB durch die dritte Bespannung 34 erfolgt dabei nicht nur in dem Pressspalt zwischen dem ersten Presselement 26 und dem zweiten Presselement 28, sondern bereits im geringeren Umfang zuvor in dem Abschnitt des besaugten Umfangsabschnitts 36 der Saugwalze 26, über welchen die erste Bespannung 20, die dritte Bespannung 34 und die dazwischen angeordnete Faserstoffbahn FB dazwischen gemeinsam darüber geführt werden.
Nach dem Verlassen des Pressspalts folgt die Faserstoffbahn FB der dritten Bespannung 34 und wird mit dieser über eine Umlenkwalze 46, welche besaugt sein kann, um einen sicheren Halt der Faserstoffbahn FB auf der dritten Bespannung 34 beim Umlenken zu gewährleisten, zur Trockenpartie 16 geführt. Die Trockenpartie 16 umfasst die zuvor bereits erwähnte Transfervorrichtung 48, mittels welcher die Faserstoffbahn FB von der dritten Bespannung 34 an den ebenfalls zuvor erwähnten Trockenzylinder 50 übergeben wird. Von dem Trockenzylinder 50 ist in 1 nur ein Abschnitt dargestellt. Er kann als so genannter Yankee-Zylinder ausgebildet sein und eine hier nicht dargestellte Dampf-Haube bzw. Yankee-Haube aufweisen. Nach dem weiteren Trocknen der Faserstoffbahn FB auf der Oberfläche des Trockenzylinders 50 kann die Faserstoffbahn FB mittels eines Kreppschabers von der Oberfläche des Trockenzylinders 50 abgenommen und anschließend entweder noch weiter verarbeitet, respektive veredelt oder direkt aufgewickelt werden.
Die Transfervorrichtung 48 umfasst vorzugsweise, ebenso wie das zweite Presselement 28 der Pressenpartie 14, einen feststehenden Schuh 52, welcher eine dem Trockenzylinder 50 zugewandte und an diesen angepasste konkave Oberfläche aufweist, und einen um den Schuh 52 rotierenden Pressmantel 54. Im Unterschied zu dem rotierenden Pressmantel 32 des zweiten Presselements 28 weist der Pressmantel 54 der Transfervorrichtung 48 keine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf, sondern umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Rillen oder dergleichen, insbesondere eine oder mehrere Umfangsrillen, um über die Durchgangsöffnungen 40 der dritten Bespannung 34 die Faserstoffbahn FB in einem Transferspalt zwischen Transfervorrichtung 48 und Trockenzylinder 50 zu hinterlüften, so dass keinerlei Sogwirkung zwischen der dritten Bespannung 34 und der Faserstoffbahn FB entstehen kann und die Faserstoffbahn FB der glatten Oberfläche des Trockenzylinders 50 nach Verlassen des Transferspalts zuverlässig weiter folgt. Hierdurch kann der zuverlässige Transfer der Faserstoffbahn FB von der dritten Bespannung 34 auf die Oberfläche des Trockenzylinders 50 erzielt werden, ohne dazu besonders große Presskräfte auf die Faserstoffbahn FB mittels der Transfervorrichtung 48 ausüben zu müssen. Dadurch kann nicht nur die Transfervorrichtung technisch einfacher und somit kostengünstiger ausgeführt werden, sondern es kann auch die äußere Wandung des Trockenzylinders 50 dünner ausgeführt werden, da diese nur geringeren Druckkräften standhalten muss. Eine dünnere Ausführung der Wandung des Trockenzylinders 50 bedeutet jedoch neben einer Material- und somit Kosteneinsparung auch einen besseren Wärmeübergang vom Inneren des Trockenzylinders 50 durch dessen Wandung in die Faserstoffbahn 50. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 sehr energie- und damit kosteneffizient betrieben werden.
Im Vergleich hierzu ist ein derart energieeffizienter Betrieb bei einer Vorrichtung, wie sie in der eingangs erwähnten Druckschrift US 8,414,741 B2 beschrieben wird, nicht möglich, da hier die dritte Bespannung glatt und vorzugsweise impermeable ausgeführt sein soll. Wegen der mangelnden Möglichkeit einer Hinterlüftung der Faserstoffbahn im Transferspalt ist bei dieser bekannten Vorrichtung der Transfer der Faserstoffbahn von der dritten Bespannung auf die Oberfläche des Trockenzylinders in der Praxis extrem schwierig. Dies führt nicht nur dazu, dass im Transferspalt höhere Druckkräfte und damit eine stabilere Ausgestaltung des Trockenzylinders notwendig sind, sondern zusätzlich müssen auch größere Mengen an Chemikalien eingesetzt werden, mit denen die dritte Bespannung zum Erleichtern des Ablösens der Faserstoffbahn von selbiger besprüht wird. Hinzu kommt die Notwendigkeit, die dritte Bespannung intensiv zu reinigen, bevor diese durch den Pressspalt der Pressenpartie geführt wird. Auch muss der Abstand bzw. die Länge der dritten Bespannung zwischen Pressspalt der Trockenpartie und Transferspalt der Transfervorrichtung relativ lang ausgebildet sein, damit die Faserstoffbahn ausreichend Zeit hat, den Feuchtigkeitsfilm, der sich nach dem Presspalt zwischen der Faserstoffbahn und der glatten und impermeablen dritten Bespannung ausbildet, wieder in sich aufzusaugen, damit dieser durch seine Sogwirkung ein Ablösen der Faserstoffbahn von der dritten Bespannung nicht verhindert. Eine große Länge der dritten Bespannung zwischen dem Presspalt und dem Transferspalt führt jedoch zu höheren Kosten. Zudem ist eine Rückbefeuchtung der Faserstoffbahn nach dem Pressspalt energetisch kontraproduktiv, da dieses wieder aufgenommene Wasser anschließend durch mehr Leistung in der Trockenpartie wieder aus der Faserstoffbahn entfernt werden muss. All diese Nachteile aus dem Stand der Technik können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden oder zumindest reduziert werden.
Abschließend sei noch angemerkt, dass optional noch Mittel 58 zum Erhitzen der Faserstoffbahn FB vorgesehen sein können, welche geeignet sind, die Faserstoffbahn FB noch vor dem Erreichen des Pressspalts in der Pressenpartie 14 zu erhitzen. Die Mittel 58 sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie auf die Faserstoffbahn FB im Bereich des besaugten Umfangsabschnitts 36 der Saugwalze 26 wirken. Die Mittel 58 können zum Beispiel Dampf auf die Faserstoffbahn applizieren. Der Dampf kann aus einem Reboiler von dem Trockenzylinder 50 und/oder einer darüber angeordneten Dampfhaube stammen. Der Dampf kann die Faserstoffbahn FB auch durch die dritte Bespannung 34 hindurch erreichen, da diese die relativ großen Durchgangsöffnungen 40 aufweist. Durch das Erhitzen der Faserstoffbahn FB vor dem Durchgang durch den Pressspalt der Pressenpartie 14 können der Trockengehalt der Faserstoffbahn FB noch weiter erhöht und das Konturieren der Faserstoffbahn FB im Pressspalt noch einfacher ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Formierpartie
14: Pressenpartie
16: Trockenpartie
18: Stoffauflauf
20: erste Bespannung (Formiersieb)
22: zweite Bespannung (Filz)
24: Formierwalze
26: erstes Presselement (Saugwalze)
28: zweites Presselement (Schuhpresse)
30: Schuh (feststehend)
32: Pressmantel (rotierend)
34: dritte Bespannung (Kunststofffolie)
36: besaugter Umfangsabschnitt (der Saugwalze 26)
38: Umlenkwalze
40: Durchgangsöffnung
42: Oberseite (der dritten Bespannung 34)
44: Strukturierungen (auf der Oberseite 42 der Bespannung 34)
46: Umlenkwalze
48: Transfervorrichtung
50: Trockenzylinder (Yankee-Zylinder)
52: Schuh (feststehend)
54: Pressmantel (rotierend)
56: Umlenkwalze
58: Mittel (zum Erhitzen der Faserstoffbahn FB)
FB: Faserstoffbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8414741 B2 [0002, 0004, 0012, 0017, 0018, 0031, 0040]

Claims

Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Faserstoffbahn (FB), insbesondere einer Tissuepapierbahn, umfassend: - eine Formierpartie (12) zum Formieren der Faserstoffbahn (FB), wobei die Formierpartie (12) einen Gapformer mit einem Stoffauflauf (18), einer ersten Bespannung (20) und einer zweiten Bespannung (22) umfasst; - eine Pressenpartie (14) zum Pressen der formierten Faserstoffbahn (FB), wobei die Pressenpartie (14) ein erstes Presselement (26) und ein zweites Presselement (28) umfasst, die zusammen einen Pressspalt ausbilden, durch welchen im bestimmungsgemäßem Gebrauch der Vorrichtung (10) die erste Bespannung (20), eine dritte Bespannung (34) und dazwischen die Faserstoffbahn (FB) geführt werden; und - eine Trockenpartie (16) zum weiteren Trocknen der gepressten Faserstoffbahn (FB), wobei die Trockenpartie (16) einen Trockenzylinder (50) umfasst, an welchen die auf der dritten Bespannung (34) transportierte Faserstoffbahn (FB) übergeben wird, wobei hierzu eine Transfervorrichtung (48) zusammen mit dem Trockenzylinder (50) einen Transferspalt ausbildet, durch welchen im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung (10) die Faserstoffbahn (FB) und die dritte Bespannung (34) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bespannung (34) eine der Faserstoffbahn (FB) zugewandte Oberseite (42), eine der Faserstoffbahn (FB) abgewandte Unterseite und zur Konturierung der Faserstoffbahn (FB) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (40), welche sich von der Oberseite (42) zu der Unterseite erstrecken, aufweist, wobei die offene Fläche auf der Oberseite (42) und/oder der Unterseite der dritten Bespannung (34) kleiner als 20%, vorzugsweise zwischen 5% und 15%, ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle Durchgangsöffnungen (40) eine lichte Öffnung von einer Fläche aufweisen, die einem Kreis mit einem Durchmesser zwischen 1mm und 5mm entspricht, wobei einige oder alle Durchgangsöffnungen (40) vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Zylinders, weiter bevorzugt die Form eines geraden Kreiszylinders, aufweisen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bespannung (34) im Wesentlichen aus einer extrudierten Kunststofffolie besteht, welche eine oder mehrere Schichten aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Fläche auf der Oberseite (42) und/oder Unterseite der dritten Bespannung (34) im Wesentlichen glatt ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Fläche auf der Oberseite (42) der dritten Bespannung (34) strukturiert ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das erste Presselement (26) eine Saugwalze (26) mit einem besaugten Umfangsabschnitt (36) ist, über welchen die erste Bespannung (20), die dritte Bespannung (34) und dazwischen die Faserstoffbahn (FB) vor Erreichen des Pressspalts geführt werden, und zwar derart, dass radial innen die erste Bespannung (20), radial außen die dritte Bespannung (34) und dazwischen die Faserstoffbahn (FB) über den besaugten Umfangsabschnitt (36) der Saugwalze (26) geführt werden, wobei die dritte Bespannung (34) vorzugsweise mit einer Spannung von wenigstens 10kN/m über den besaugten Umfangsabschnitt (36) der Saugwalze (26) geführt wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bespannung (20) ein Filz ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das zweite Presselement (28) eine dem Pressspalt zugewandte glatte Oberfläche aufweist, und vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen verlängerten Pressspalt bereitzustellen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung (48) eine dem Transferspalt zugewandte unebene, vorzugsweise gerillte, Oberfläche aufweist, und vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen verlängerten Transferspalt bereitzustellen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erhitzen (58) der Faserstoffbahn (FB) vor Erreichen des Pressspalts vorgesehen sind, wobei die Mittel (58) vorzugsweise in dem besaugten Umfangsabschnitt (36) der Saugwalze (26) auf die Faserstoffbahn (FB) wirken.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (FB), insbesondere einer Tissuepapierbahn, unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.