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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um bei der Herstellung einer Bahn, welche zu einem wesentlichen Teil aus Cellulosefasern besteht, die Bildung des Bahnmaterials in einer oder mehreren Siebmaschinen durch, zu einem wesentlichen Teil, Auflösen bestehender Flocken in dem Papierstoff, der von einer Einlassbox auf mindestens ein Sieb geführt wird, zu verbessern und um der Neubildung der Flocken in dem Papierstoff auf dem Sieb entgegenzuwirken. Die Beschreibung umfasst auch eine kurze Beschreibung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und eines Verfahrens zur Reinigung von Pressfilzen und Sieben.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei der Herstellung von Papier und Karton besteht das Rohmaterial hauptsächlich aus Cellulosefasern und in vielen Fällen sind auch Füllstoffe wie Calciumcarbonat und/oder Ton, Retentionsmittel und so weiter eingeschlossen. Die eingeschlossenen Bestandteile neigen im Zusammenhang mit der Herstellung von Papier und Karton, zur Flockenbildung in dem Papierstoff, was zu einer schlechten Verteilung der Bestandteile führt. Die Formation wird als ein Maß dafür verwendet, wie gleichmäßig die Bestandteile, hauptsächlich die Fasern und Füllstoffe, die im Papier oder Karton enthalten sind, verteilt werden.
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Die Formation ist eine sehr wichtige Eigenschaft von Papier und Karton. Ein Papier oder Karton mit schlechter Formation gibt einen fleckigen Eindruck, hat schlechtere Druckeigenschaften und geringere Festigkeit als ein Papier oder ein Karton mit guter Formation. Durch Verbesserung der Formation können wesentliche Verbesserungen der Qualität erreicht werden. Als eine Alternative kann das Flächengewicht des Papiers oder des Kartons unter Beibehaltung der Festigkeit vermindert werden, was zu einem nicht unwesentlichen wirtschaftlichen Potenzial führt.
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Traditionell wurde versucht, das Problem mit Faserflocken durch die Entwicklung der Gestaltung der Einlassbox oder der Einrichtung in naher Verbindung mit der Einlassbox zu lösen. Es erwies sich jedoch als unmöglich, das Problem mit der Formation endgültig zu lösen, da Faserflocken sich rasch neu bilden, nachdem der Papierstoff die Einlassbox verlassen hat und auf das Sieb gelangt.
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Es wurden auch verschiedene Anordnungen innerhalb des Siebabschnitts vorgeschlagen, die bis zu einem gewissen Maß die Neubildung der Faserflocken verhindern können, zum Beispiel, verschiedene Arten von Vibrations- und/oder Schüttelmitteln. Der Einbau von oberen Siebstrukturen kann auch als Teil dieses Ziel angesehen werden, obwohl der Einbau von oberen Sieben in erster Linie durch andere Zwecke bestimmt wird.
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Als eine Schlussfolgerung kann man sagen, dass die Einrichtung, die bisher verwendet oder vorgeschlagen wurde, um sich des Problems der Faserflocken anzunehmen, schwer zu kontrollieren und kompliziert ist und Finanzmittel erfordert, und dass sie die Optimierung von anderen Qualitätseigenschaften als Formation in dem Papier oder Karton behindert oder verhindert. Eine Folge dieser Kompromisse ist, z. B., dass die Orientierung der Fasern in dem Papier oder Karton schwer zu optimieren ist. Eine Folge der Verwendung von bisher bekannter Einrichtung zur Verbesserung der Formation sind typischerweise solche Bedingungen, dass mehr Fasern in der Längsrichtung des Bahnmaterials als in seiner Querrichtung orientiert sind. Dies führt zu schlechteren Festigkeitseigenschaften in der Querrichtung des Produkts.
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Es ist aus DATABASE WPI Week 199311, Derwent Publications Ltd., London, GB; Class F09,
AN 1993-089151 , XP002991950 &
JP 5 033 283 A , 09.02.1993 bekannt, den Papierstoff während Bildung der Bahn auf einem Sieb Vibrationen mit Frequenzen von 20–40 Hz und mit einer Amplitude von 2–3 mm auszusetzen.
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EP-A-0318107 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Faserbahn in einer Papiermaschine, wobei in diesem Verfahren Papierstoff in einen keilförmigen Raum oder Lücke eingeführt wird. Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Bildung von Flocken verhindert, indem in die Lücke Energie in der Form einer mechanischen, hochfrequenten Vibration eingebracht wird, vorzugsweise im Ultraschallbereich, wobei diese Energie ein Zusammenbrechen der Flocken verursacht.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der Gegenstand der Erfindung ist, die oben genannten Probleme anzugehen. Dies wird, in Zusammenhang mit dem in der Einführung beschriebenen Verfahren, erreicht durch Ultraschallenergie, die dem Papierstoff in einer Vielzahl an Siebabschnitten zugeführt wird, passenderweise indem die Ultraschallenergie dem Papierstoff auf dem Sieb in mindestens einem der quergerichteten Abschnitte des Siebabschnitts entlang der Transportrichtung des Papierstoffs auf dem Sieb zugeführt wird. Die Ultraschallenergie wird als Ultraschallwellen mit Frequenzen zwischen 15 und 75 kHz zugeführt, wobei sich überraschenderweise erwiesen hat, dass dies zu einer beträchtlich besseren Formation führt, wenn Ultraschallelemente (Ultraschallgeneratoren oder -elemente, die Ultraschallenergie von einem oder mehreren Generatoren übermitteln können), die Energie mittels Schwingung mit dieser Frequenz aussenden, innerhalb des Siebabschnitts einer Papier- oder Kartonmaschine auf eine solche Weise platziert werden, dass die Ultraschallenergie auf den Papierstoff auf dem Sieb übertragen wird. Um die beste Wirkung zu erreichen, sollten die Ultraschall übermittelnden Elemente, direkt unterhalb des Siebs oder der Siebe positioniert werden, die auf die Einlassbox oder -boxen der Papier- oder Kartonmaschine folgen. Als eine Folge dieser Positionierung kann auch die Wirkung erreicht werden, dass das Sieb oder die Siebe gereinigt werden. Die Elemente werden darüber hinaus so positioniert, dass eine optimale Wirkung, d. h. optimale Ultraschallenergie pro Masseneinheit des Papierstoffs (Suspension der Fasern/Füllstoffe) erreicht wird; gleichzeitig ist es wichtig, dass die Konzentration des Papierstoffs (der Trockengehalt) in mindestens einem oder einigen dieser Abschnitte des Siebabschnitts noch immer ausreichend gering ist, so dass gebildete Flocken nicht zu fest gebunden werden, sondern auseinander gebrochen werden können. Demzufolge werden zumindest einige Ultraschallelemente so positioniert, dass sie z. B. hauptsächlich den Papierstoff innerhalb mindestens eines Abschnitts des Siebabschnitts beeinflussen, wo der Papierstoff auf dem Sieb eine Konzentration von zwischen 0,2 und 6%, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5% oder zwischen 1 und 6% aufweist. Ein denkbarer optimaler Gehaltsbereich an kann auch zwischen 1,5 und 5% liegen. Eine Positionierung der Ultraschallelemente weiter hinten auf der Papiermaschine, z. B. in oder auf der Einlassbox, wird mit Sicherheit dazu führen, dass Flocken, die sich gebildet haben könnten, möglicherweise dort aufgelöst werden, aber diese können sich anschließend auf dem Sieb oder den Sieben neu bilden. Demzufolge wird eine Positionierung der Elemente vor dem Siebabschnitt zu keiner oder sehr geringen Verbesserung der Formation führen.
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Im bestimmten Fällen ist es denkbar, die Elemente, die Ultraschall übermitteln, auch innerhalb eines oder mehrerer Abschnitte zu positionieren, wo die Konzentration des Papierstoffs größer als 5 oder 6% ist, vorzugsweise um eine Neubildung der Flocken zu vermeiden. Es ist zum Beispiel denkbar, Ultraschallelemente innerhalb von Abschnitten in dem Bereich zu positionieren, der einem oberen Siebabschnitt und einem unteren Siebabschnitt gemeinsam ist, wobei innerhalb dieser Abschnitte die Konzentration des Papierstoffs beträchtlich höher als 5 bis 6% oder bis zu 15% sein kann, vorzugsweise einem Maximum von 12%, sowie innerhalb des Einführungsabschnitts des unteren Siebs, wo die Konzentration des Papierstoffs geringer sein kann als 5 bis 6%. Die Ultraschallelemente innerhalb des Einführungsabschnitts des unteren Siebs, wo die Konzentration des Papierstoffs 0,2–6%, vorzugsweise 0,5–5% oder 1–6%, z. B. 1,5–5% beträgt, bewirken hierdurch sowohl eine Auflösung der Flocken, die sich bereits gebildet haben, wie auch eine Verhinderung der Neubildung von Flocken, während Ultraschallelemente innerhalb des Bereichs, wo die Konzentration so hoch ist wie zwischen 5 und 15%, vorzugsweise zwischen 6 und 12%, in erster Linie so wirken, dass sie die gute Formation bewahren.
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So sind in einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Ultraschallelemente, welche die Ultraschallenergie an den Papierstoff übertragen, in einer Siebschleife angeordnet, die mit der Innenseite des Siebs in der Schleife in dem Bereich der Verteilung des Papierstoffs in Kontakt steht und so auch über das Sieb und über die Zwischenräume der Maschen im Sieb mit der Flüssigkeit in dem Papierstoff in Kontakt steht, um die Ultraschallenergie auf den Papierstoff über das Sieb und direkt auf die flüssige Phase über die Zwischenräume der Maschen zu übertragen. Gemäß einem Aspekt können die Ultraschallelemente in einer unteren Schleife und/oder in einer oberen Schleife angeordnet sein. Gemäß einem weiteren Aspekt können die Ultraschallelemente einander in einer unteren Siebschleife und in einer oberen Siebschleife gegenüberliegend angeordnet sein. Gemäß noch einem weiteren Aspekt sind die Ultraschallelemente und/oder Ultraschallgeneratoren, die mit den Ultraschallelementen verbunden sind, in Bezug auf Leistung und/oder Frequenz, die auf den Papierstoff übertragen wird, einstellbar. Gemäß noch einem weiteren Aspekt können die Ultraschallelemente aus getrennten Einheiten bestehen. Gemäß noch einem weiteren Aspekt können die Ultraschallelemente mit einem oder einigen entwässernden Elementen von der Art eingebaut werden, die Formiertische, Foils und Saugboxen umfassen.
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Die Ultraschallenergie wird dem Papierstoff auf dem Sieb innerhalb einer Vielzahl von Abschnitten in Querrichtung zugeführt, die nacheinander angeordnet sind, z. B. innerhalb von drei bis fünf aufeinander folgenden Abschnitten in Querrichtung. Dies wird auch zu einer Möglichkeit führen, die Frequenz und/oder Leistung des Ultraschalls an die Konzentration des Papierstoffs innerhalb unterschiedlicher Abschnitte des Siebabschnitts anzupassen, so dass z. B. Ultraschall mit einer höheren Frequenz in mindestens einen Abschnitt, der sich näher an der Einlassbox befindet, zugeführt wird als innerhalb eines nachfolgenden Abschnitts, der sich weiter von der Einlassbox entfernt befindet.
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Die Ultraschallelemente werden auf geeignete Weise angeordnet, so dass die Ultraschallleistung (Amplitude) und/oder die Frequenz kontrolliert werden kann. Hierdurch wird eine Optimierung der Formation möglich, so dass sie an die Zusammensetzung des Papierstoffs angepasst werden kann. Demzufolge sollten Flocken, die größere Mengen an Feingut und Füllstoffen enthalten, eine höhere Frequenz erfordern, als z. B. ein Papierstoff, der auf einem harten Holzfaserstoff mit kurzen Fasern basiert, der vielleicht eine etwas geringere Frequenz erfordert. Die niedrigste Frequenz sollte im Zusammenhang mit der Dispersion von Fasern aus weichem Holzfaserstoff mit langen Fasern erforderlich sein. Auch die Siebgeschwindigkeit hat eine Wirkung auf eine geeignete Frequenz und/oder Leistung. Die Optimierung der Frequenz und Leistung der Ultraschallelemente kann selbstverständlich mittels einer Hauptsteuerung und von Regulierungsgeräten erfolgen.
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Die Ultraschallelemente können demzufolge aufeinander folgend durch Veränderung der Frequenz und/oder Leistung arbeiten, oder die Elemente können auch bestimmten, vorgewählten Frequenzen und/oder Leistungen zugeordnet werden, die bestimmte Flockengrößen oder einen bestimmten Gehalt an Flocken angreifen. Ein Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallelemente so ausgestattet sind, dass sie auf diese Weise arbeiten. Weitere Merkmale und Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgenden Ansprüchen offensichtlich.
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Es ist auch möglich, Ultraschallelemente in direkten Kontakt mit Pressfilzen/Formiersieben und/oder Trocknungssieben zu bringen, um diese Filze und/oder Siebe zu reinigen. Ein Wassersprüher kann entweder auf die gleiche Seite wie das Ultraschallelement oder auf der gegenüberliegenden Seite positioniert werden, um das Wasservolumen bereitzustellen, das für eine Übertragung des Ultraschalls von dem Element zur inneren Struktur des Filzes oder des Siebs erforderlich ist.