DE102007021447A1

DE102007021447A1 - Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn und Mehrschichtenstoffauflauf

Info

Publication number: DE102007021447A1
Application number: DE200710021447
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruf; Hans Loser; Torben Schlieckau; Axel Von Noorden; Karl Bunz; Ole Hansen; Konstantin Fenkl; Markus Häußler; Klaus Lehleiter
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, bei dem mindestens zwei vorzugsweise unterschiedliche Faserstoffsuspensionen (2.1, 2.2) in jeweiligen Teilströmen (6.1, 6.2) über die Maschinenbreite (B) eines Mehrschichtenstoffauflaufs (1) hinweg mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen (5.1, 5.2) in Faserstoffsuspensionsschichten (7.1, 7.2) verteilt werden, wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen (6.1) zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) jeweils ein geregelter Zuführstrom (8.1) bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms (9.1) mit einer Mischkonzentration (c<SUB>M</SUB>) zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen (c<SUB>M</SUB>) der Mischströme (9.1) in der zumindest einen Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) geregelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Mehrschichtenstoffauflauf (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, bei dem mindestens zwei vorzugsweise unterschiedliche Faserstoffsuspensionen in jeweiligen Teilströmen über die Maschinenbreite eines Mehrschichtenstoffauflaufs hinweg mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen in Faserstoffsuspensionsschichten verteilt werden, wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zugeführt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Mehrschichtenstoffauflauf zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen zum Verteilen von mindestens zwei vorzugsweise unterschiedlichen Faserstoffsuspensionen in jeweiligen Teilströmen über die Maschinenbreite eines Mehrschichtenstoffauflaufs in Faserstoffsuspensionsschichten, wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zuführbar ist.
Ein derartiger Mehrschichtenstoffauflauf ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 1 199 403 B1 bekannt. Der in der 2 dargestellte Mehrschichtenstoffauflauf ist als ein eine zweischichtige Faserstoffbahn herstellender Zweischichtenstoffauflauf mit einer jeweiligen maschinenbreiten Verteileinrichtung für jede Faserstoffsuspensionsschicht ausgebildet, wobei den Teilströmen der unteren Faserstoffsuspensionsschicht jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zuführbar ist. Dieser dargestellte Mehrschichtenstoffauflauf eignet sich insbesondere auch zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens.
Neben anderen Qualitätsmerkmalen stellt das Reißlängenverhältnis einer mehrschichtigen Faserstoffbahn insbesondere in z-Richtung ein wesentliches Eigenschafts- und Qualitätskriterium einer hergestellten Faserstoffbahn dar. Das Reißlängenverhältnis ist das Verhältnis zwischen der Reißlänge L in Längsrichtung und der Reißlänge Q in Querrichtung der hergestellten Faserstoffbahn. Die Reißlänge stellt somit ein Maß für die Reißfestigkeit der Faserstoffbahn dar. Dieses Maß gibt an, wie lang ein Streifen einer Faserstoffbahn sein kann, bis er unter der Last seines eigenen Gewichts abreißt. Ermittelt man die Reißlänge sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der Faserstoffbahn und bildet man das Verhältnis zueinander, so erhält man die als Reißlängenverhältnis bezeichnete dimensionslose Wertzahl L/Q.
In Fachkreisen ist weiterhin bekannt, dass das Reißlängenverhältnis L/Q mit der Faserausrichtung, das heißt der Faserorientierung in der zumindest einschichtigen Faserstoffbahn direkt korreliert, aber nicht allein dafür verantwortlich ist.
Für unterschiedliche Anforderungen an Faserstoffbahnen werden unterschiedliche Ansprüche an das Reißlängenverhältnis L/Q gestellt. So sollte beispielsweise bei der Verarbeitung der Faserstoffbahn in schnelllaufenden Druckmaschinen insbesondere die Reißfestigkeit in Längsrichtung groß sein, um einen störungsfreien Betrieb der Druckmaschine zu gewährleisten. Hier wird also ein hohes Reißlängenverhältnis L/Q gefordert, das gleichzeitig mit hohen Concora-Werten korrespondiert.
Andererseits ist bei Formatpapieren sowie bei vielen Verpackungspapieren eine möglichst gleich große Reißfestigkeit in Längsrichtung und in Querrichtung erwünscht. Das heißt, dass das Reißlängenverhältnis L/Q möglichst in einem Bereich von 1 liegen sollte, so dass die Reißfestigkeit des Papiers in allen Richtungen möglichst konstant ist.
In jüngster Vergangenheit hat sich gezeigt, dass für die Kopiereigenschaften von mehrschichtigen Kopierpapieren der Verlauf der Faserorientierungsanisotropie in z-Richtung von entscheidender Bedeutung ist. In der 1 ist graphisch dargestellt, wie diese definiert ist. Die Faserorientierungsanisotropie A ergibt sich demgemäß aus 1-(b/a), wobei a und b die jeweiligen Längen der Hauptachsen der in Maschinenlaufrichtung (machine direction – „MD") und Maschinenquerrichtung (machine cross direction – „CD") ausgerichteten Ellipse E der mittleren Faserorientierung der mehrschichtigen Faserstoffbahn sind. Die Länge a der längeren Hauptachse ist gleich dem TSI_max und die Länge b der kürzeren Hauptachse ist gleich dem TSI_min, so dass der jeweilige TSI-Wert („Tensile Strength Index") die Steifigkeit der mehrschichtigen Faserstoffbahn beschreibt und somit ein Indikator für die Faserorientierung ist.
Splittet man nun ein Blatt eines mehrschichtigen Kopierpapiers in seiner z-Richtung in beispielsweise 12 Lagen und analysiert anschließend lagenweise die Faserorientierungsanisotropie, so erhält man ein Diagramm des in der 2 dargestellten Typs. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Faserorientierungsanisotropie [–] aufgetragen, während auf der Ordinate des Diagramms die Anzahl der aufgesplitteten Lagen [–] aufgetragen ist. Es ist deutlich erkennbar, dass die Faserorientierungsanisotropien asymmetrische Werte zur mittleren Blattlage des mehrschichtigen Kopierpapiers annehmen.
Jedoch ist für ein gutes Kopierverhalten eine bezüglich der Mittellage des mehrschichtigen Kopierpapiers symmetrisch gestaltete Faserorientierungsanisotropie von Vorteil, insbesondere auch zur Vermeidung von Curl (Rollneigung). Der Curl kann somit auch ein indirektes Maß für das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung darstellen.
Während der Herstellung der mehrschichtigen Faserstoffbahn, das heißt dem mehrschichtigen Kopierpapier wird aus verfahrenstechnischen Gründen jedoch an verschiedenen Stellen die Symmetrie der Faserorientierungsanisotropie beeinflusst. Eine Kompensationsmöglichkeit ist die Bildung einer zunächst definiert asymmetrischen Struktur in der Faserstoffbahn im Mehrschichtenstoffauflauf. Durch Superposition dieser Möglichkeit mit den nachfolgenden Verfahrensschritten entsteht nach Abschluss der Bildung der mehrschichtigen Faserstoffbahn eine weitestgehende symmetrische Faserstoffbahn.
Zur Herbeiführung dieses definiert asymmetrischen Blattaufbaus der mehrschichtigen Faserstoffbahn ist ein aktives Werkzeug zur Steuerung notwendig, da variierende Prozessgrößen in unterschiedlichem Maße auf die Blattsymmetrie einwirken. Eine bekannte Möglichkeit sind unterschiedliche Strahlaustrittsgeschwindigkeiten der einzelnen Faserstoffsuspensionsstrahle des Mehrschichtstoffauflaufs. Hierzu werden in den maschinenbreiten Verteileinrichtungen des Mehrschichtenstoffauflaufs unterschiedliche Drücke angelegt, so dass sich unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten der einzelnen Faserstoffsuspensionsstrahle aus dem Mehrschichtenstoffauflauf ergeben. Die relativen Austrittsgeschwindigkeiten der Faserstoffsuspensionsstrahle gegenüber dem mindestens einen nachfolgenden Sieb tragen hierbei wesentlich zur Faserausrichtung bei. Somit kann durch gezielte Variation der jeweiligen Strahlaustrittsgeschwindigkeiten der einzelnen Faserstoffsuspensionsstrahle der Aufbau der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung aktiv beeinflusst werden.
Ein wesentlicher Nachteil dieser bisherigen Lösung zur beschriebenen Beeinflussung der Faserorientierungsanisotropie in einer mehrschichtigen Faserstoffbahn ist die Notwendigkeit starrer Trennelemente zur Trennung der benachbarten Schichten in der Stoffauflaufdüse des Mehrschichtenstoffauflaufs. Diese starren Trennelemente bedeuten einen nennenswerten maschinenbaulichen Mehraufwand und gleichzeitiger Verursachung von beachtlichen Mehrkosten für den Mehrschichtenstoffauflauf.
Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes aktives Werkzeug sowohl in Form eines Verfahrens als auch in Form eines Mehrschichtenstoffauflaufs zur Steuerung des Blattaufbaus einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere eines mehrschichtigen Kopierpapiers, zur Verfügung zu stellen. Dabei soll das aktive Werkzeug insbesondere ohne die Verwendung von mindestens einem starren Trennelement in der Stoffauflaufdüse des Mehrschichtenstoffauflaufs auskommen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme in der zumindest einen Faserstoffsuspensionsschicht geregelt wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Durch die erfindungsgemäße aktive Steuerung der Faserorientierungsanisotropie kann die Blattstruktur, beispielsweise hinsichtlich der Kopiereigenschaften, optimal gestaltet werden. Im beschriebenen Fall wird dies speziell durch unterschiedliche Konsistenzen innerhalb der Einzellagen erreicht. Damit kann der maschinenbauliche Aufwand eines starren Trennelements zwischen den einzelnen Lagen entfallen. Vielmehr würde etwa eine drehbar aufgehängte Lamelle üblicher Bauart ausreichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folglich vor, dass also in mindestens einer Faserstoffsuspensionsschicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn das Reißlängenverhältnis L/Q in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der sektionalen Mischströme, also durch ein sektionales Verändern der Zuführmenge des Teilstroms, der Zuführmenge des Zuführstrom oder der Zuführmenge sowohl des Teilstroms als auch des Zuführstroms, geregelt wird. Die sektionalen Veränderungen können sowohl direkt als auch indirekt, beispielsweise durch eine örtliche Vorverdünnung oder dergleichen, erfolgen. Die Mischkonzentrationen der sektionalen Mischströme zumindest einer Lage werden also zur aktiven Beeinflussung der Faserorientierungsanisotropie innerhalb einzelner Blattschichten aktiv beeinflusst.
Mit Hilfe des Turbulenzmodells kann die Abhängigkeit von Blattaufbau und Freistrahlstoffdichte erklärt werden. Das Modell führt etwa eine höhere Orientierung bei erhöhter Stoffkonsistenz auf eine reduzierte Turbulenzintensität im Stoffauflauf zurück. Der höhere Anteil an Fasern und Füllstoffen bewirkt eine Dämpfung der Turbulenz und damit ein verstärktes Ausrichten der Fasern in Fließrichtung. Somit liegt eine deutlich erhöhte Vororientierung der Fasern in Maschinenrichtung im Freistrahl vor.
Ändert sich während des Betriebes des Mehrschichtenstoffauflaufs die Blattstruktur des beispielsweise mehrschichtigen Kopierpapiers durch Randeinflüsse, wie Rohstoffbedingungen, Strahlauftreffbedingungen, Chemikalieneinsatz, Siebtyp oder ähnlichem, derart, dass kein symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung mehr vorliegt und sich dadurch die Kopiereigenschaften verschlechtern, so kann durch eine Erhöhung bzw. eine Reduktion der Faserstoffsuspensionskonsistenz der entsprechenden Lage aktiv eingegriffen werden. Rein beispielhaft kann hierbei folgendes Problem angegeben werden: Die Faserorientierung im oberseitigen Blattbereich einer zweischichtigen Faserstoffbahn ist zu gering. Eine Lösung für dieses Problem kann darin bestehen, dass die Faserstoffsuspensionskonsistenz, also die Mischkonsistenz in der oberseitigen Schicht erhöht und/oder in der unterseitigen Schicht reduziert wird.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen aller Faserstoffsuspensionsschichten jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zugeführt wird und dass das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme aller Faserstoffsuspensionsschichten geregelt wird. Somit kann durch eine maximale aktive Steuerung der Faserorientierungsanisotropie mittels des vorhandenen Werkzeugs größtmöglich in die Blattstruktur eingegriffen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis L/Q in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme reduziert werden und dass in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart erhöht werden, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt. Damit kommt es zu keinen erkennbaren Flächengewichtsschwankungen in der mehrschichtigen Faserstoffbahn.
Die regelbare Mischkonzentration in der entsprechenden Faserstoffsuspensionsschicht wird bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, geregelt. Dieser Bereich ist für alle gängigen Papiersorten ausreichend und eignet sich insbesondere auch für die Herstellung von mehrschichtigen Kopierpapieren.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart geregelt wird, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt. Dies hat zum Beispiel eine Reduzierung des Curls, insbesondere bei während ihrer Weiterverarbeitung erhitzten Faserstoffbahnen, wie beispielsweise mehrschichtigen Kopierpapieren, zur Folge.
Das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung kann einerseits online, beispielsweise mittels optischer Faserorientierungsmessungen, oder anderseits offline, beispielsweise mittels akustischen Faserorientierungsmessungen nach einem Splitten der hergestellten mehrschichtigen Faserstoffbahn in einzelnen Schichten, mittels Curlmessungen oder mittels mechanischer Reißlängenmessungen, ermittelt werden. Diese genannten Verfahren sind in Fachkreisen ausreichend geläufig. Die optischen Faserorientierungsmessungen können ober- und unterseitig der mehrschichtigen Faserstoffbahn und/oder zeitgleich, annähernd zeitgleich oder zeitversetzt erfolgen.
Zudem können die Messungen ortsgleich, annähernd ortsgleich oder ortsversetzt erfolgen. Auch können sie an einer Vielzahl von Messstellen, die über die Breite der mehrschichtigen Faserstoffbahn hinweg angeordnet sind, durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Mehrschichtenstoffauflauf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme in der zumindest einen Faserstoffsuspensionsschicht regelbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise wiederum vollkommen gelöst und es ergeben sich die bereits vorgenannten erfindungsgemäßen Vorteile.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen aller Faserstoffsuspensionsschichten jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zuführbar ist und dass das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme aller Faserstoffsuspensionsschichten regelbar ist. Somit kann durch eine maximale aktive Steuerung der Faserorientierungsanisotropie mittels des vorhandenen Werkzeugs größtmöglich in die Blattstruktur eingegriffen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis L/Q in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme erhöhbar sind und dass in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart reduzierbar sind, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt. Damit kommt es zu keinen erkennbaren Flächengewichtsschwankungen in der mehrschichtigen Faserstoffbahn.
Die regelbare Mischkonzentration in der entsprechenden Faserstoffsuspensionsschicht ist bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, regelbar. Dieser Bereich ist für alle gängigen Papiersorten ausreichend und eignet sich insbesondere auch bei der Herstellung von mehrschichtigen Kopierpapieren.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart regelbar ist, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt. Dies hat zum Beispiel eine Reduzierung des Curls, insbesondere bei während ihrer Weiterverarbeitung erhitzten Faserstoffbahnen, wie beispielsweise mehrschichtigen Kopierpapieren, zur Folge.
Und letztlich kann ein System zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, vorgesehen sein, welches sowohl mindestens einen erfindungsgemäßen Mehrschichtenstoffauflauf als auch mindestens eine Online- oder Offline-Messeinrichtung zur Ermittlung der Faserorientierung oder mindestens eine Offline-Messeinrichtung zur Ermittlung des Curls der mehrschichtigen Faserstoffbahn umfasst, wobei der Mehrschichtenstoffauflauf auf Grundlage der ermittelten Messergebnisse betreibbar ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen
1 eine Grafik, die den Verlauf der mittleren Faserorientierung einer mehrschichtigen Faserstoffbahn darstellt;
2 ein Diagramm, welches die lagenweise Faserorientierungsanisotropie einer mehrschichtigen Faserstoffbahn darstellt;
3 eine schematische Raumansicht eines erfindungsgemäßen Mehrschichtenstoffauflaufs; und
4 eine schematische Darstellung eines Systems zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn.
Die 3 zeigt in schematischer Raumansicht einen Mehrschichtenstoffauflauf 1 zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn. Der dargestellte Mehrschichtenstoffauflauf 1 ist ein Zweischichtenstoffauflauf, der von zwei vorzugsweise unterschiedlichen Faserstoffsuspensionen 2.1, 2.2 durchströmt ist und der einen aus den beiden Faserstoffsuspensionen 2.1, 2.2 bestehenden Faserstoffsuspensionsstrahl 3 aus seiner Stoffauflaufdüse 4 in eine nicht dargestellte Siebpartie der Maschine zur Herstellung der mehrschichtigen Faserstoffbahn freigibt. Der Mehrschichtenstoffauflauf 1 kann in weiteren Ausführungsformen selbstverständlich auch als ein Drei-, Vier- oder gar Fünfschichtenstoffauflauf ausgeführt sein.
Der Mehrschichtenstoffauflauf 1 umfasst zwei maschinenbreite Verteileinrichtungen 5.1, 5.2 zum Verteilen der beiden Faserstoffsuspensionen 2.1, 2.2 in jeweilige Teilströme 6.1, 6.2 über seine Maschinenbreite B (Pfeil) hinweg zur Bildung von Faserstoffsuspensionsschichten 7.1, 7.2.
Dem einzelnen, aus der ersten Faserstoffsuspension 2.1 gebildeten Teilstrom 6.1 mit einer Konzentration c_H der unteren Faserstoffsuspensionsschicht 7.1 ist jeweils ein geregelter Zuführstrom 8.1 mit einer Konzentration c_L bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms 9.1 mit einer daraus resultierenden Mischkonzentration c_M zuführbar. Hierzu gelangt die erste Faserstoffsuspension 2.1 mit der Konzentration c_H über ein Querverteilrohr 10 und über eine davon abgezweigte Reihe von sektionalen Zuführleitungen 11 mittel- oder unmittelbar zu einem unteren Turbulenzerzeuger 12.1 des Mehrschichtenstoffauflaufs 1. In den sektionalen Zuführleitungen 11 sind also die einzelnen Teilströme 6.1 geführt. Abweichend von 3 kann in jeder sektionalen Zuführleitung 11 ein dem Fachmann bekannter Volumenstromregler vorgesehen sein.
Der jeweilige geregelte Zuführstrom 8.1 mit der Konzentration c_L, beispielsweise Siebwasser-1 oder Klarwasser, gelangt über ein Querverteilrohr 13 und über eine Reihe von sektionalen Zuführleitungen 14 in die entsprechenden sektionalen Zuführleitungen 11. Jede der sektionalen Zuführleitungen 14 weist ein Regelventil 15 auf, um damit den jeweils individuell regelbaren sektionalen Zuführstrom 8.1 mit der Konzentration c_L zu je einer zugeordneten Mischstelle 16 zu führen, wo er mit dem entsprechenden sektionalen Teilstrom 6.1 zu dem Mischstrom 9.1 mit der individuell regelbaren Mischkonzentration c_M vermischt wird.
Die zweite Faserstoffsuspension 2.2 mit vorzugsweise unterschiedlichen Eigenschaften für die zweite Faserstoffsuspensionsschicht 7.2 gelangt über ein Querverteilrohr 17 und über eine davon abgezweigte Reihe von sektionalen Zuführleitungen 18 in Teilströmen 6.2 mittel- oder unmittelbar zu einem oberen Turbulenzerzeuger 12.2 des Mehrschichtenstoffauflaufs 1.
Selbstverständlich könnten zusätzlich auch die Teilströme 62 der zweiten Faserstoffsuspension 2.2 mit Zuführströmen bei Ausbildung von Mischströmen beaufschlagt sein.
Den beiden Turbulenzerzeugern 12.1, 12.2 ist die Stoffauflaufdüse 4 des Mehrschichtenstoffauflaufs 1 nachgeschaltet, die in bekannter Weise durch zwei maschinenbreite Stromführungswände 19.1, 19.2 begrenzt ist. Diese sind über die beiden Turbulenzerzeuger 12.1, 12.2 mit einer mittleren stationären Trennwand 20 verbunden. Am auslaufseitigen Ende der Trennwand 20 ist wiederum mittels eines Gelenks 22 eine Trennlamelle 21 schwenkbar befestigt. Abweichend hiervon kann die Trennlamelle 21 auch starr an der Trennwand 20 befestigt sein, was in Anlehnung an den erfindungsgemäßen Gedanken jedoch von Nachteil wäre.
Das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung ist durch ein Verändern der Mischkonzentrationen c_M der Mischströme 9.1 in der unteren Faserstoffsuspensionsschicht 7.1 regelbar.
Wie bereits ausgeführt, kann in weiterer Ausführungsform wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen aller Faserstoffsuspensionsschichten jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zuführbar sein und das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme aller Faserstoffsuspensionsschichten regelbar sein.
Auch können in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis L/Q in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme erhöhbar sein und in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart reduzierbar sein, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt.
Die regelbare Mischkonzentration c_M in der unteren Faserstoffsuspensionsschicht 7.1 ist hierbei in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, regelbar.
Zudem ist das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart regelbar, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt.
Der in der 3 dargestellte Mehrschichtenstoffauflauf 1 eignet sich in besonderer Weise auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, bei dem mindestens zwei vorzugsweise unterschiedliche Faserstoffsuspensionen 2.1., 2.2 in jeweiligen Teilströmen 6.1, 6.2 über die Maschinenbreite B (Pfeil) des Mehrschichtenstoffauflaufs 1 hinweg mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen 5.1, 5.2 in Faserstoffsuspensionsschichten 9.1, 9.2 verteilt werden, wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen 6.1 zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht 9.1 jeweils ein geregelter Zuführstrom 8.1 bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms 9.1 mit einer Mischkonzentration c_M zugeführt wird. Dabei wird das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen c_M der Mischströme 9.1 in der unteren Faserstoffsuspensionsschicht 7.1 geregelt.
Wie bereits ausgeführt, kann in weiterer Ausführungsform wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen 6.1, 6.2 aller Faserstoffsuspensionsschichten 7.1, 7.2 jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zugeführt werden und das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme 9.1, 9.2 aller Faserstoffsuspensionsschichten 7.1, 7.2 geregelt werden.
Auch können in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis L/Q in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme reduziert werden und in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart erhöht werden, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt.
Die regelbare Mischkonzentration in der entsprechenden Faserstoffsuspensionsschicht wird hierbei in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, geregelt.
Zudem wird das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart geregelt, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt.
In weiterer Ausführung kann natürlich auch die Konzentration c_H der unteren Faserstoffsuspensionsschicht 7.1 „global", das heißt gesamtheitlich über die Maschinenbreite B (Pfeil) verändert werden. So kann die Konzentration c_H der aus einer Stoffaufbereitung des Systems kommenden Faserstoffsuspension 2.1 verändert, insbesondere erhöht oder erniedrigt werden. Damit das Flächengewicht der herzustellenden mehrschichtigen Faserstoffbahn bei einer Veränderung der Konzentration c_H der Faserstoffsuspension 2.1 lediglich geringst möglich, vorzugsweise gar nicht verändert wird, wird in vorliegender Ausführungsform die Konzentration der anderen Faserstoffsuspension 2.2 bevorzugt gegensätzlich verändert. Somit kann auf einfache Weise das Flächengewicht der herzustellenden mehrschichtigen Faserstoffbahn annähernd konstant oder gar konstant gehalten werden.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 23 zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn.
Das Systems 23 umfasst sowohl einen schematisch dargestellten Mehrschichtenstoffauflauf 1, vorzugsweise identisch oder ähnlich dem der 3, als auch mindestens eine schematisch dargestellte Messeinrichtung 24 zur Ermittlung der Faserorientierung bzw. des Curls der mehrschichtigen Faserstoffbahn. Der Mehrschichtenstoffauflauf 1 ist dabei auf Grundlage der ermittelten Messergebnisse der Messeinrichtung 24 betreibbar, wobei das System 23 hierzu zumindest eine in einen dem Fachmann bekannten Regelkreis eingebundene und schematisch dargestellte Regeleinrichtung 25 aufweist. Die Regeleinrichtung 25 beaufschlagt dabei die vorbeschriebenen Regelventile 15 des Mehrschichtenstoffauflaufs 1.
Die Messeinrichtung 24 ist dabei, wie dargestellt, in einem endseitigen Bereich der Maschine zur Herstellung der mehrschichtigen Faserstoffbahn, in dargestellter Weise vor der schematisch dargestellten Aufrollung 26, angeordnet. Die dazwischen liegenden Partien der Maschine zur Herstellung der mehrschichtigen Faserstoffbahn sind hierbei lediglich angedeutet und mit dem Bezugszeichen „27" gekennzeichnet.
Die Messeinrichtung 24 ist in dargestellter Weise also eine Online-Messeinrichtung, so dass das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung mittels optischer Faserorientierungsmessungen online ermittelt wird. Die optischen Faserorientierungsmessungen können hierbei ober- und unterseitig der mehrschichtigen Faserstoffbahn und/oder zeitgleich, annähernd zeitgleich oder zeitversetzt erfolgen.
In alternativer Ausführungsform kann das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung auch mittels akustischer Faserorientierungsmessungen offline ermittelt werden, insbesondere nach einem Splitten der hergestellten mehrschichtigen Faserstoffbahn in einzelnen Schichten.
Und weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Reißlängenverhältnis L/Q der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung auch mittels Curlmessungen oder mittels mechanischer Reißlängenmessungen offline ermittelt werden.
Zudem können die Messungen ortsgleich, annähernd ortsgleich oder ortsversetzt erfolgen und/oder an einer Vielzahl von Messstellen, die über die Breite der mehrschichtigen Faserstoffbahn hinweg angeordnet sind, durchgeführt werden.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die Erfindung ein verbessertes aktives Werkzeug sowohl in Form eines Verfahrens als auch in Form eines Mehrschichtenstoffauflaufs zur Steuerung des Blattaufbaus einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere eines mehrschichtigen Kopierpapiers, geschaffen wird. Dabei kommt das aktive Werkzeug insbesondere ohne die Verwendung von mindestens einem starren Trennelement in der Stoffauflaufdüse des Mehrschichtenstoffauflaufs aus.

1: Mehrschichtenstoffauflauf
3: Faserstoffsuspensionsstrahl
4: Stoffauflaufdüse
2.1: Erste Faserstoffsuspension
2.2: Zweite Faserstoffsuspension
5.1: Verteileinrichtung
5.2: Verteileinrichtung
6.1: Erste Gruppe von Teilströmen
6.2: Zweite Gruppe von Teilströmen
7.1: Untere Faserstoffsuspensionsschicht
7.2: Obere Faserstoffsuspensionsschicht
8.1: Erste Gruppe von Zuführströmen
9.1: Erste Gruppe von Mischströmen
10: Querverteilrohr
11: Sektionale Zuführleitung
12.1: Unterer Turbulenzerzeuger
12.2: Oberer Turbulenzerzeuger
13: Querverteilrohr
14: Sektionale Zuführleitung
15: Regelventil
16: Mischstelle
17: Querverteilrohr
18: Sektionale Zuführleitung
19.1: Untere Stromführungswand
19.2: Obere Stromführungswand
20: Trennwand
21: Trennlamelle
22: Gelenk
23: System
24: Messeinrichtung
25: Regeleinrichtung
26: Aufrollung
27: Partien
B: Maschinenbreite (Pfeil)
c_H: Konzentration
c_L: Konzentration
c_M: Mischkonzentration
L/Q: Reißlängenverhältnis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1199403 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, bei dem mindestens zwei vorzugsweise unterschiedliche Faserstoffsuspensionen (2.1, 2.2) in jeweiligen Teilströmen (6.1, 6.2) über die Maschinenbreite (B) eines Mehrschichtenstoffauflaufs (1) hinweg mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen (5.1, 5.2) in Faserstoffsuspensionsschichten (7.1, 7.2) verteilt werden, wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen (6.1) zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) jeweils ein geregelter Zuführstrom (8.1) bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms (9.1) mit einer Mischkonzentration (c_M) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen (c_M) der Mischströme (9.1) in der zumindest einen Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen aller Faserstoffsuspensionsschichten jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zugeführt wird und dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme aller Faserstoffsuspensionsschichten geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis (L/Q) in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme reduziert und dass in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart erhöht werden, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Mischkonzentration (c_M) in der entsprechenden Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart geregelt wird, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung mittels optischer Faserorientierungsmessungen online ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserorientierungsmessungen ober- und unterseitig der mehrschichtigen Faserstoffbahn erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Faserorientierungsmessungen zeitgleich, annähernd zeitgleich oder zeitversetzt erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung mittels akustischer Faserorientierungsmessungen offline ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Faserorientierungsmessungen nach einem Splitten der hergestellten mehrschichtigen Faserstoffbahn in einzelnen Schichten erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung mittels Curlmessungen offline ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) mittels mechanischer Reißlängenmessungen offline ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen ortsgleich, annähernd ortsgleich oder ortsversetzt erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen an einer Vielzahl von Messstellen, die über die Breite der mehrschichtigen Faserstoffbahn hinweg angeordnet sind, durchgeführt werden.
Mehrschichtenstoffauflauf (1) zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, mit mindestens zwei maschinenbreiten Verteileinrichtungen (5.1, 5.2) zum Verteilen von mindestens zwei vorzugsweise unterschiedlichen Faserstoffsuspensionen (7.1, 7.2) in jeweiligen Teilströmen (6.1, 6.2) über die Maschinenbreite (B) eines Mehrschichtenstoffauflaufs (1) in Faserstoffsuspensionsschichten (7.1, 7.2), wobei wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen (6.1) zumindest einer Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) jeweils ein geregelter Zuführstrom (8.1) bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms (9.1) mit einer Mischkonzentration (c_M) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen (c_M) der Mischströme (9.1) in der zumindest einen Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) regelbar ist.
Mehrschichtenstoffauflauf (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens mehreren, vorzugsweise allen Teilströmen aller Faserstoffsuspensionsschichten jeweils ein geregelter Zuführstrom bei Erzeugung eines jeweiligen Mischstroms mit einer Mischkonzentration zuführbar ist und dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung durch ein Verändern der Mischkonzentrationen der Mischströme aller Faserstoffsuspensionsschichten regelbar ist.
Mehrschichtenstoffauflauf (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Faserstoffsuspensionsschicht mit einem hohen Reißlängenverhältnis (L/Q) in z-Richtung die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme erhöhbar sind und dass in zumindest einer anderen, vorzugsweise symmetrisch angeordneten Faserstoffsuspensionsschicht die Mischkonzentrationen der dazugehörigen Mischströme derart reduzierbar sind, dass das Flächengewicht der mehrschichtigen Faserstoffbahn weitestgehend, vorzugsweise annähernd gleich bleibt.
Mehrschichtenstoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Mischkonzentration (c_M) in der entsprechenden Faserstoffsuspensionsschicht (7.1) in einem Bereich von 0,5 bis 2,0%, vorzugsweise von 0,6 bis 1,5%, insbesondere von 0,7 bis 1,3%, regelbar ist.
Mehrschichtenstoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reißlängenverhältnis (L/Q) der mehrschichtigen Faserstoffbahn in z-Richtung derart regelbar ist, dass ein vorzugsweise symmetrischer Blattaufbau in z-Richtung vorliegt.
System zum Herstellen einer mehrschichtigen Faserstoffbahn, insbesondere einer mehrschichtigen Papierbahn, dadurch gekennzeichnet, dass es sowohl mindestens einen Mehrschichtenstoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 18 als auch mindestens eine Online- oder Offline-Messeinrichtung (25) zur Ermittlung der Faserorientierung oder mindestens eine Offline-Messeinrichtung zur Ermittlung des Curls der mehrschichtigen Faserstoffbahn umfasst, wobei der Mehrschichtenstoffauflauf (1) auf Grundlage der ermittelten Messergebnisse betreibbar ist.