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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befeuchten einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem man zuerst Flüssigkeit
und danach Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befeuchten einer Faserstoffbahn,
insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, mit einer einem Bahnlaufpfad
benachbarten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und einer entlang
des Bahnlaufpfades dahinter angeordneten Dampfausgabeeinrichtung.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise
aus
EP 0 979 897 B1 bekannt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Befeuchtung einer Papierbahn
beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Faserstoffbahnen, z.
B. Papp- oder Kartonbahnen, in entsprechender Weise anwendbar.
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Bei
der Herstellung einer Papierbahn ist in vielen Fällen eine
Befeuchtung notwendig. Wenn man die Papierbahn beispielsweise durch
einen Kalander leitet, um sie zu satinieren, dann trägt
man eine Feuchtigkeit auf, um das Satinageergebnis zu verbessern.
Dabei möchte man erreichen, dass der Feuchtigkeitsauftrag
im Wesentlichen an der Oberfläche der Papierbahn bleibt,
weil nur dort die Fasern plastifiziert werden sollen. Die Feuchtigkeit
soll hingegen beim Durchlaufen der Nips möglichst nicht
in das Innere der Papierbahn eingedrungen sein, um eine volumenschonende
Satinage zu erreichen. Man möchte also einen Feuchtigkeits-Gradienten
und möglichst auch einen Temperatur-Gradienten erreichen.
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Für
die Befeuchtung der Papierbahn gibt es mehrere Möglichkeiten.
Eine Möglichkeit besteht darin, die Feuchtigkeit in Form
von Dampf aufzubringen. In diesem Fall kondensiert der Dampf an
der Oberfläche der Bahn, was den vorteilhaften Effekt hat,
dass nicht nur die Feuchtigkeit der Oberfläche, sondern
auch die Temperatur der Oberfläche erhöht wird.
Dies erleichtert beispielsweise den nachfolgenden Satinagevorgang.
Allerdings ist die Menge der auf diese aufbringbaren Flüssigkeit
in starkem Maße abhängig von der Temperatur der
Bahn. Wenn die Papierbahn beispielsweise einen Kalander mit Heizwalzen
durchlaufen hat, dann ist die Bahntemperatur irgendwann so hoch,
dass man mit einem Dampfauftrag einen sehr schlechten Wirkungsgrad erhält.
Dementsprechend ist ein Dampfauftrag in oder hinter einem Kalander
nur beschränkt möglich.
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Eine
andere Möglichkeit besteht darin, die Feuchtigkeit in Form
einer Flüssigkeit aufzubringen, die zerstäubt
wird, beispielsweise in einem Düsenfeuchter. Allerdings
gibt es hierbei keine Möglichkeit, die Temperatur der Bahn
signifikant zu erhöhen. Darüber hinaus bereitet
es vielfach Schwierigkeiten, die Feuchtigkeit auf diese Weise gleichmäßig
aufzutragen, da sich die Flüssigkeit immer in Form von
einzelnen Tropfen auf der Oberfläche der Papierbahn niederschlägt.
Trotz feiner Tropfen bildet sich vielfach kein homogener Film aus.
Dadurch besteht die Gefahr von Markierungen auf der Oberfläche
der Papierbahn. Man benötigt eine relativ lange Verweilzeit der
Flüssigkeit auf der Papierbahn, bevor sie in einen Kalandernip
oder eine andere Behandlungseinrichtung eingeführt werden
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst hohen
und störungsarmen Feuchteauftrag zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass man den Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt,
solange sich zuvor aufgetragene Flüssigkeit noch auf der Oberfläche
befindet.
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Bei
dieser Vorgehensweise dient die zuerst aufgetragene Flüssigkeit
als Nucleus oder Kern für die Kondensation des danach aufgetragenen
Dampfes, so dass die Kondensation des Dampfes weitgehend unabhängig
von der Temperatur der Faserstoffbahn erreicht wird. Durch die Konden sation
wird die bereits aufgetragene Flüssigkeit erwärmt.
Dadurch sinkt die Viskosität dieser Flüssigkeit
und die Oberflächenspannung wird herabgesetzt, so dass
die aufgetragene Flüssigkeit nun leichter einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm
ausbilden kann. Aus diesem Grund ist es möglich, die Befeuchtung
der Faserstoffbahn auch kurz vor einem Nip eines Kalanders oder
einer anderen Bearbeitungseinrichtung vorzunehmen, ohne dass sich
größere Störungen an der Oberfläche ergeben.
Durch das aufeinander folgende Auftragen von Flüssigkeit
und Dampf hat man weitgehende Möglichkeiten, die Feuchtigkeit
und die Temperatur der Faserstoffbahn unabhängig voneinander
einzustellen. Keines der beiden Medien wird zum Auftrag des anderen
benötigt. Darüber hinaus wirkt die aufgetragene
Flüssigkeit auch als Wärmeleiter zwischen dem
später aufgetragenen Dampf und der Faserstoffbahn, so dass
die Faserstoffbahn durch den Dampf weiter erwärmt werden
kann.
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Vorzugsweise
gibt man den Dampf mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1
ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 100 ms, nach dem
Auftrag der Flüssigkeit auf. Dieser zeitliche Abstand ist
so gering, dass gewährleistet ist, dass in jedem Fall noch
eine ausreichende Menge an Flüssigkeit auf der Oberfläche
der Faserstoffbahn verbleibt. Die Flüssigkeit reicht aus,
um den Dampf in gewünschtem Maße zu kondensieren.
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Bevorzugterweise
bringt man den Dampf mit einem räumlichen Abstand im Bereich
von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere von 30 mm bis 1500 mm und vorzugsweise
im Bereich von 50 mm bis 500 mm hinter dem Auftrag der Flüssigkeit
auf. Bei den heutigen Bahnlaufgeschwindigkeiten ist der Abstand
so gewählt, dass beim Aufbringen des Dampfes noch genügend
Flüssigkeit an der Oberfläche der Faserstoffbahn
vorhanden ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man den Dampf aufbringt, solange noch mindestens
75%, insbesondere mindestens 90%, der Flüssigkeit an der
Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden sind. In diesem Fall
steht weit mehr als die Hälfte der aufgetragenen Flüssigkeit
zur Verfügung, um den Dampf zu kondensieren. Die Flüssigkeit
wird durch den Dampf, wie bereits erwähnt, erwärmt.
Aufgrund der relativ großen Flüssigkeitsmenge
können sich die Flüssigkeitströpfchen,
die sich an der Oberfläche der Faserstoffbahn ausgebildet
haben, dann zu einem Film vereinigen.
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Vorzugsweise
bringt man die Flüssigkeit durch gesättigten Dampf
oder Nassdampf auf. Beispielsweise kann man Dampf in einen gekühlten
oder einfach auf niedriger Temperatur befindlichen Dampfblaskasten
leiten. Die Flüssigkeit hat dann bereits eine erhöhte
Temperatur, was sich positiv auf die weitere Befeuchtung der Faserstoffbahn
auswirkt.
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Alternativ
oder zusätzlich kann man Flüssigkeit vor dem Aufbringen
beheizen. Beispielsweise kann man heißes Wasser für
die Befeuchtung der Faserstoffbahn verwenden.
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Alternativ
dazu kann man die Flüssigkeit in Form von Eis auftragen.
Wenn man beispielsweise Wasser für die Befeuchtung verwendet,
was überwiegend der Fall ist, dann kann man die Flüssigkeit
in Form von kleinen Eiskristallen auftragen, die zuvor bereitet
worden sind. Derartige Eiskristalle werden den Zustand als Feststoff
nur relativ kurze Zeit beibehalten. Sie werden durch den nachfolgenden
Dampfauftrag sehr schnell in eine Flüssigkeit zurückgewandelt.
Aufgrund der verglichen mit einer Flüssigkeit niedrigeren
Temperatur kann der Dampf dann in vermehrtem Maße kondensieren,
so dass man mehr Feuchtigkeit durch Dampfauftrag einbringen kann
als sonst.
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Vorzugsweise
gibt man die Flüssigkeit mit einem größeren
Abstand zur Faserstoffbahn aus einer Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
aus als Dampf aus einer Dampfausgabeeinrichtung. Der Abstand zwischen
der Flüssigkeit der Ausgabeeinrichtung und dem Bahnlaufpfad
ist also größer als der Abstand zwischen der Dampfausgabeeinrichtung
und dem Bahnlaufpfad. Der Abstand zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
richtet sich im Wesentlichen nach der gewünschten Qualität
des Sprühauftrags. Der Wirkungsgrad des Dampfauftrags ist
umso besser, je dichter die Dampfausgabeeinrichtung am Bahnlaufpfad
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
saugt man Flüssigkeitsnebel und/oder Dampf ab. In diesem
Fall vermeidet man eine Beaufschlagung der Umgebung mit Flüssigkeitsnebel
oder Dampf. Die im Flüssigkeitsnebel oder Dampf enthaltene
Feuchtigkeit kann wieder verwendet werden.
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Vorzugsweise
trägt man nur soviel Flüssigkeit auf, wie für
eine gewünschte Temperatursteigerung durch den nachfolgenden
Dampfauftrag erforderlich ist. Dies ist dann günstig, wenn
eine Temperatursteigerung über den möglichen Wert
im reinen Dampfbetrieb erforderlich ist, aber eine Feuchtigkeitserhöhung
der Faserstoffbahn möglichst nicht oder nur möglichst
wenig erfolgen soll. Man verwendet dann die Flüssigkeit
praktisch ausschließlich dazu, als Kondensationskern oder
-keim für den Dampf zu dienen, so dass möglichst
viel Dampf auf der Bahn kondensieren kann, was zu einer entsprechenden Temperaturerhöhung
führt.
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Vorzugsweise
liegt die Bahntemperatur nach dem Dampfauftrag im Bereich von 80
bis 100°C, insbesondere im Bereich von 85 bis 90°C.
Ohne einen vorherigen Flüssigkeitsauftrag sind solch hohe
Temperaturen über einen reinen Dampfauftrag nicht zu realisieren.
Wenn man aber zuvor Flüssigkeit aufträgt und den
Dampf dann kondensieren lässt, dann kann man eine ausreichende
Wärmemenge in die Bahn eintragen.
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In
einer alternativen Ausgestaltung trägt man soviel Flüssigkeit
auf, wie zur Rückbefeuchtung der Bahn erforderlich ist,
und vergleichmäßigt den Flüssigkeitsauftrag
durch den nachfolgenden Dampfauftrag. Damit lassen sich beispielsweise
Markierungen oder Streifen vermeiden. Der Dampf dient darüber
hinaus gegebenenfalls zur Steigerung der Penetrationsgeschwindigkeit
durch Erwärmen der Bahn.
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Vorzugsweise
trägt man die Flüssigkeit und/oder den Dampf über
Schlitzdüsen auf. Mit einer Schlitzdüse lässt
für den Flüssigkeitsauftrag ein Abstand von unter
25 mm zur Bahnoberfläche realisieren. Der Abstand kann
dann genauso groß sein wie beim Dampfauftrag, was sehr vorteilhaft
ist, wenn man ein gemeinsames Gehäuse verwendet.
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Vorzugsweise
trägt man eine mit Additiven versehene Flüssigkeit
auf. Derartige Additive können beispielsweise das Penetrationsverhalten
unterstützen, indem sie beispielsweise die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit reduzieren, oder eine Beschichtung durchführen
oder eine Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsauftrags
unterstützen oder störende Ablagerungen reduzieren.
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Bevorzugterweise
verwendet man als Flüssigkeit Wasser, mindestens eine Streichfarbe,
mindestens eine Stärkelösung, mindestens eine
Beschichtungschemikalie, Polyacrylsäure und deren Salze
mit Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen, Polyvenylalkohol, Polyäthylenglykol,
Polypropylenglykole, Polysulfonsäuren und/oder langkettige
organische Äther.
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Bevorzugterweise
trägt man die Flüssigkeit in einer Menge im Bereich
von 0,1 bis 8 g/m2, insbesondere im Bereich
von 0,2 bis 1,5 g/m2 bezogen auf die Fläche
der Faserstoffbahn auf.
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Die
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass ein Abstand zwischen einem Ausgang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
und einem Eingang der Dampfausgabeeinrichtung so gewählt
ist, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt
ist:
- a) Der Abstand liegt im Bereich von 20
mm bis 2000 mm, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 1500 mm und
bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 500 mm,
- b) bei Betriebsgeschwindigkeit benötigt die Faserstoffbahn
eine Zeit im Bereich von 1 ms bis 200 ms, insbesondere von 1 ms
bis 100 ms vom Ausgang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
bis zum Eingang der Dampfausgabeeinrichtung,
- c) am Eingang der Dampfausgabeeinrichtung befindet sich noch
mindestens 75%, insbesondere mindestens 90%, der in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
aufgetragenen Flüssigkeit noch auf der Oberfläche
der Faserstoffbahn.
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Wie
oben erwähnt, wird auf diese Weise sichergestellt, dass
bei der Beaufschlagung mit Dampf noch eine ausreichende Flüssigkeitsmenge
an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden ist. Die Flüssigkeit
hat dann zwei Aufgaben. Zum Einen dient sie als Nucleus oder Kondensationskern
für die Kondensation des Dampfes. Zum anderen dient sie
als Wärmeleiter, um die Wärme aus dem Dampf an
die Oberfläche der Faserstoffbahn zu übertragen.
Umgekehrt hat der Dampf die vorteilhafte Wirkung, dass die Viskosität
und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit herabgesetzt
wird, so dass sich leichter ein gleichmäßiger
Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche der Faserstoffbahn
ausbilden kann. Mit einem gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm
an der Oberfläche kann man die so befeuchtete Faserstoffbahn
dann durch einen Nip in einem Kalander oder eine andere Behandlungseinrichtung führen,
ohne dass man ein größeres Risiko der Beschädigung
der Faserstoffbahn hat.
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Vorzugsweise
weisen die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und die Dampfausgabeeinrichtung
ein gemeinsames Gehäuse auf. Dieses Gehäuse kann auch
dadurch gebildet sein, das die beiden Einrichtungen fest miteinander
verbunden sind. Durch die Wahl eines gemeinsamen Gehäuses
ist es möglich, die Flüssigkeitsausgabe und die
Dampfausgabe räumlich so eng nebeneinander anzuordnen,
dass auf jeden Fall sichergestellt ist, dass eine ausreichende Flüssigkeitsmenge
noch an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden ist,
um die Kondensation des Dampfes zu bewirken.
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Vorzugsweise
weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung einen Dampfeingangsanschluss
auf. Man kann dann die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und
die Dampfausgabeeinrichtung aus der gleichen Quelle speisen, nämlich
aus einer Dampfquelle. Eine derartige Dampfquelle steht in vielen
Papier- oder Kartonfabriken ohnehin zur Verfügung. Man
kann die Flüssigkeit dann dadurch erzeugen, dass man die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
kühlt oder auf eine andere Weise auf einer ausreichend
niedrigen Temperatur hält. Die Flüssigkeit wird
dann in Form von Satt- oder Nassdampf ausgegeben, was den Vorteil hat,
dass auch die Flüssigkeit selbst bereits verwendet werden
kann, um die Faserstoffbahn zu erwärmen.
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Vorteilhafterweise
weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung einen Heißwasseranschluss
auf. Man kann also der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung bereits
erwärmte oder beheizte Flüssigkeit zuführen, die
dann mit einer entsprechend hohen Temperatur auf die Faserstoffbahn
ausgegeben wird.
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Alternativ
dazu kann die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung auch mit einem
Eiserzeuger verbunden sein. Ein Eiserzeuger verwandelt Flüssigkeit
in Eis, vorzugsweise in Form von kleinen Eiskristallen. Wenn diese
Eiskristalle auf die Oberfläche der Faserstoffbahn ausgegeben
werden und danach Dampf aufgebracht wird, dann sind die Eiskristalle
in besonders hohem Maße in der Lage, eine Kondensation des
Dampfes zu bewirken. Dabei werden die Eiskristalle zwar aufgeschmolzen.
Dies ist aber erwünscht, weil man letztendlich eine Befeuchtung
der Faserstoffbahn erreichen möchte. Man kann hier eine
große Menge an Dampf aufbringen, was eine besonders feine
Steuerung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
weist die Dampfausgabeeinrichtung einen Abstand zum Bahnlaufpfad
auf, der kleiner ist als der Abstand der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
zum Bahnlaufpfad. Man kann dann den Abstand zwischen dem Bahnlaufpfad
und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung einerseits und dem Bahnlaufpfad
und der Dampfausgabeeinrichtung andererseits unabhängig
voneinander wählen. Bei einem geringen Abstand zwischen
dem Bahnlaufpfad und der Dampfausgabeeinrichtung ist der Wirkungsgrad
der Dampfausgabeeinrichtung besonders gut. Ein größerer
Abstand bei der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung ermöglich
es, einen guten Wirkungsgrad bei der Ausbildung eines Sprühnebels
zu erzielen.
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Vorzugsweise
ist eine Absaugeinrichtung vorgesehen. Die Absaugeinrichtung ist
in der Lage, Dampf oder Flüssig keitsnebel, der nicht von
der Faserstoffbahn aufgenommen wird, abzusaugen und damit weg zu
transportieren. Die Umgebung wird also nicht negativ beeinflusst.
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Vorzugsweise
weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und/oder die Dampfausgabeeinrichtung
eine Schlitzdüsenanordnung auf. Mit einer Schlitzdüsenanordnung
kann man einen relativ kleinen Abstand zwischen der Ausgabeeinrichtung
und der Bahn erreichen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn
man Flüssigkeitsauftrag und Dampfauftrag aus einem gemeinsamen
Gehäuse heraus vornehmen möchte. In diesem Fall
ist die Schlitzdüse insbesondere für den Flüssigkeitsauftrag
vorteilhaft.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung der Befeuchtung
einer Faserstoffbahn,
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2 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung,
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3 eine
Einbauposition einer Befeuchtungsvorrichtung im Bereich einer Walze,
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4 eine
Einbauposition einer Vorrichtung im Bereich einer freien Bahn,
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5 eine
Einbauposition bei einer Befeuchtung von oben und
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6 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung mit Schlitzdüsen.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zum Befeuchten einer Papierbahn 2.
Die Papierbahn 2 wird hier als Beispiel für eine
Faserstoffbahn verwendet. Anstelle der Papierbahn 2 kann
natürlich auch eine Papp- oder Kartonbahn befeuchtet werden.
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Die
Papierbahn 2 wird in einer durch einen Pfeil dargestellten
Laufrichtung 3 an der Vorrichtung 1 entlang bewegt.
Dort wo sich die Papierbahn 2 befindet, wird ein Bahnlaufpfad
angenommen.
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Die
Vorrichtung 1 weist in Laufrichtung 3 zunächst
eine Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und danach
eine Dampfausgabeeinrichtung 5 auf.
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Die
Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 gibt Flüssigkeit
in Form von Sprühstrahlen 6 in Richtung auf die
Papierbahn 2 aus, so dass sich ein Flüssigkeitsfilm 7 bildet.
Der Flüssigkeitsfilm 7 muss im Bereich der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 noch nicht
zusammenhängen. Er kann dort auch noch in Form von einzelnen
Tröpfchen vorliegen. Sobald die Flüssigkeit auf
der Oberfläche der Papierbahn 2 angekommen ist,
beginnt sie, in das Innere der Papierbahn 2 vorzudringen.
Allerdings ist hierfür eine gewisse Zeit notwendig.
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Die
Papierbahn 2 läuft noch während dieser Zeit
an der Dampfausgabeeinrichtung 5 vorbei, die Dampfstrahlen 8 in
Richtung auf die Papierbahn 2 ausgibt. Der mit den Dampfstrahlen 8 transportierte Dampf
kommt in Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm 7, der
eine niedrigere Temperatur als die Dampfstrahlen 8 aufweist.
Dementsprechend kondensiert der Dampf hier und bildet einen hier
als „Dampffilm” 9 bezeichneten weiteren
Film, der sich allerdings mit dem Flüssigkeitsfilm 7 vermischt.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass man eine ausreichend
niedrige Temperatur an der Oberfläche der Papierbahn 2 erzeugen
kann, um den Dampf zum Kondensieren zu bringen. Dementsprechend
kann die im Dampf enthaltene Wärmeenergie nahezu vollständig
verwendet werden, um die Papierbahn 2 an der Oberfläche aufzuheizen.
Der Dampfauftrag erfolgt also mit einem relativ hohen Wirkungsgrad.
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Der
Flüssigkeitsfilm 7 wird durch den Dampf erwärmt.
Dadurch wird die Oberflächenspannung und die Viskosität
der den Flüssigkeitsfilm 7 bildenden Flüssigkeit
herabgesetzt, so dass die beim Flüssigkeitsauftrag möglicherweise
entstandenen Tröpfchen sich zu einer gleichförmigen
Schicht vereinigen können. Durch die erhöhte Temperatur
kann die Flüssigkeit dann auch leichter in die Oberfläche
der Papierbahn eindringen, so dass die Befeuchtung und die Erwärmung
der Papierbahn 2 begünstigt wird.
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Durch
den getrennten Auftrag von Flüssigkeit und Dampf lassen
sich diese beiden Medien unabhängig voneinander einstellen.
Wenn die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
die Dampfausgabeeinrichtung 5 quer zur Laufrichtung 3 der
Papierbahn in Zonen unterteilt sind, die unabhängig voneinander geregelt
werden können, ist es möglich, die Feuchtigkeit über
die Breite der Papierbahn profi lieren zu können. Da man
den Dampfauftrag und den Flüssigkeitsauftrag weitgehend
unabhängig voneinander einstellen kann, ist die Profilierung
sowohl bezüglich Temperatur als auch Feuchtigkeit möglich.
Durch eine zonale Regelung der Flüssigkeits- und Dampfmenge kann
beispielsweise zur Profilierung der Feuchte an zu trockenen Stellen
Flüssigkeit aufgetragen werden und an zu feuchten Stellen
Dampf, wenn der Dampf in einem Folgeprozess, z. B. dem Durchlaufen
eines Nips eines Kalanders, eine stärkere Trocknung bewirkt.
Dadurch ist eine gezielte und energiesparende Feuchteprofilierung
möglich.
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Durch
den getrennten Auftrag von Dampf und Flüssigkeit lassen
sich Feuchtigkeitsmengen, die zur Rückbefeuchtung benötigt
werden, gezielt einstellen.
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Die
Flüssigkeit sollte bis zum Dampfauftrag möglichst
weitgehend, also mindestens zu 75%, besser noch zu mindestens 90%,
an der Oberfläche der Papierbahn 2 vorliegen.
Sie sollte also nur zu einem kleinen Anteil in die Papierbahn 2 eingedrungen
sein. Um dies zu erreichen, ordnet man die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
die Dampfausgabeeinrichtung möglichst dicht benachbart
zueinander an, vorteilhafterweise sogar in einem gemeinsamen Gehäuse.
Der räumliche Abstand zwischen dem Ende des Flüssigkeitsauftrags
und dem Beginn des Dampfauftrags sollte im Bereich von 20 mm bis
2000 mm, insbesondere zwischen 50 mm und 1500 mm und besonders bevorzugt
zwischen 30 mm und 500 mm liegen. Der zeitliche Abstand des Auftrags
auf eine bewegte Papierbahn 2 sollte im Bereich von 1 ms
bis 200 ms, vorzugsweise zwischen 1 ms und 100 ms liegen.
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Wenn
eine Steigerung der Feuchtigkeit nicht erforderlich ist, dann wird
nur soviel Flüssigkeit aufgetragen, dass die gewünschte
Temperatursteigerung durch den Dampfauftrag erreicht wird. Die Bahntemperatur
wird nach der Vorrichtung 1 auf Temperaturen im Bereich
von 70 bis 100°C, bevorzugterweise auf Temperaturen im
Bereich von 80 bis 90°C aufgeheizt.
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2 zeigt
schematisch, wie man eine derartige Vorrichtung realisieren kann.
Die Vorrichtung 1 ist hierbei vor einem Nip 10 angeordnet,
der zwischen zwei Walzen 11, 12 ausgebildet ist.
Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 weist einen
Dampfanschluss 13 und einen Heißwasseranschluss 14 auf und
kann in nicht näher dargestellter Weise gekühlt sein,
um den eingetragenen Dampf in Nass- oder Sattdampf zu wandeln. Die
Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 kann auch einfach
als Düsenfeuchter ausgebildet sein, in dem Wasser durch
Luft oder auf andere Weise in feine Tröpfchen zerstäubt
werden kann. Die Dampfausgabeeinrichtung 5 weist einen Dampfanschluss 15 auf.
Im Übrigen sind gleiche Elemente wie in 1 mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
Vorrichtung 1 ist so dicht vor dem Nip 10 angeordnet,
dass bei Produktionsgeschwindigkeit weniger als 0,2 s, vorzugsweise
im Bereich von 0,2 bis 0,02 s vergehen, bevor die Papierbahn 2 nach dem
Vorbeilaufen an der Vorrichtung 1 durch den Nip 10 läuft.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die angestrebte Feuchte-
und Temperatur-Konditionierung nur in den äußeren
Schichten der Papierbahn 2 erfolgt.
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3 zeigt
eine Ausgestaltung, bei der die Vorrichtung 1 im Bereich
einer Umlenkwalze 16 angeordnet ist. Gleiche Elemente wie
in den 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Es ist zu erkennen, dass ein Abstand a zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
der Papierbahn 2, die auf der Oberfläche der Umlenkwalze 16 aufliegt,
größer ist als ein Abschnitt b zwischen der Dampfausgabeeinrichtung 5 und
der Papierbahn 2. Der Abstand a liegt vorzugsweise im Bereich
von 15 bis 200 mm, insbesondere von 100 bis 120 mm. Der Abstand
b liegt im Bereich von 10 bis 100 mm, insbesondere im Bereich von
15 bis 25 mm. Der Abstand a ist hierbei hauptsächlich von
der gewünschten Qualität des Sprühauftrags
abhängig.
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Wenn
man Schlitzdüsen für den Flüssigkeitsauftrag
einsetzt, dann kann man den gleichen Abstand a zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
der Papierbahn 2 verwenden wie zwischen der Dampfausgabeeinrichtung 5 und
der Papierbahn 2. Dieser Abstand liegt dann vorzugsweise im
Bereich von 15 bis 20 mm.
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Es
ist zu erkennen, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
die Dampfausgabeeinrichtung 5 ein gemeinsames Gehäuse
aufweisen. Am Eingang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 ist
noch eine Spritzwand 17 angeordnet.
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In
Bahnlaufrichtung 3 hinter der Dampfausgabeeinrichtung 5 kann
zusätzlich noch ein Heißluftaustritt 18 oder
eine andere Möglichkeit zur Beheizung der Papierbahn 2 vorgesehen
sein. Anschließend daran kann, wenn erforderlich, noch
ein Feststoffauftrag 19 vorgesehen sein.
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Im
Anschluss an die Dampfausgabeeinrichtung 5 kann auch noch
eine Absaugeinrichtung 20 angeordnet sein. Die Absaugeinrichtung 20 kann auch,
wie dies durch Pfeile 21 angedeutet ist, ihre Wirkung im
Bereich der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 entfalten,
so dass dort Sprühnebel, der nicht von der Papierbahn 2 aufgenommen
wird, abgesaugt wird.
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4 zeigt
eine ähnliche Ausgestaltung, bei der der einzige Unterschied
darin besteht, dass die Vorrichtung 1 im Bereich eines
freien Bahnzuges angeordnet ist. Dementsprechend ist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 nicht
gekrümmt.
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5 zeigt
eine Ausgestaltung, bei der die Vorrichtung 1 zumindest
im Bereich des Flüssigkeitsauftrags oberhalb der Papierbahn 2 angeordnet
ist. In diesem Fall ist die der Papierbahn 2 zugewandte
Seite der Dampfausgabeeinrichtung 5 gekrümmt,
so dass sich ein weitgehend gleichmäßiger Bedampfungsspalt
ergibt.
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Bei
der Anordnung der Vorrichtung 1 in Schwerkraftrichtung
oberhalb der Papierbahn 2 kann man die Flüssigkeit
auch in Form von Feststoff, also in Form von Eiskristallen, auftragen.
Hierzu ist dann die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 mit
einer nicht näher dargestellten Eiserzeugungseinrichtung
verbunden, die fortlaufend Eiskristalle produziert. Die Eiskristalle
setzen die Temperatur der Oberfläche der Papierbahn 2 in
besonderem Maße herab, so dass nachfolgend der mit den
Dampf strahlen 8 heran transportierte Dampf besonders gut
kondensieren kann.
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6 zeigt
schematisch die Ausbildung von Düsen der Vorrichtung 1.
Vorgesehen sind in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 erste
Schlitzdüsen 22 und in der Dampfausgabeeinrichtung 5 zweite Schlitzdüsen 23.
Hierbei ist ein Abstand t1 zwischen der in Bahnlaufrichtung 3 letzten
Schlitzdüse 22 für Flüssigkeit
und der in Bahnlaufrichtung 3 ersten Schlitzdüse 23 für
Dampf so gewählt, dass er im Bereich von 20 mm bis 2000
mm, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 500 mm und besonders bevorzugt
im Bereich von 50 bis 500 mm liegt. Dementsprechend benötigt
die Papierbahn 2 eine Zeit im Bereich von 1 ms bis 200
ms, insbesondere von 1 ms bis 100 ms, von der letzten Schlitzdüse 22 zur
ersten Schlitzdüse 23 zu gelangen.
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Als
Flüssigkeit wird bevorzugt Wasser verwendet, das unter
Umständen auch mit Additiven ausgestattet sein kann, um
das Penetrationsverhalten zu unterstützen. Die Flüssigkeitsmenge
liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 8 g/m2,
bevorzugterweise 0,5 bis 2,5 g/m2. Hierbei
verwendet man eine Flüssigkeitsmenge von 2 bis 2000 l/h,
vorzugsweise zwischen 5 und 300 l/h pro Meter Breite der Papierbahn 2.
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Die
Flüssigkeit wird vorzugsweise in Zweistoffdüsen
mit Hilfe eines Gases, also Luft oder Dampf, zerstäubt.
Bevorzugte Drücke für das Zerstäubungsgas
liegen im Bereich von 5 kPa bis 300 kPa, vorzugsweise im Bereich
von 10 kPa bis 100 kPa. Die Menge des Zerstäubungsgases
kann im Bereich von 100 bis 2000 m3/h, vorzugsweise
im Bereich von 150 m3/h und 400 m3/h pro Meter Bahnbreite liegen.
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Der
Dampf für den Dampfauftrag sollte beim Eintritt in die
Vorrichtung 1 vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von
115 bis 135°C haben. Der Dampf sollte einen Dampfdruck
von 1, 2 bis 2,0 bar absolut, vorzugsweise im Bereich von 1, 2 bis
1,5 bar absolut haben. Der Dampf wird mit einer Menge von 0,2 bis
5 g/m2, vorzugsweise im Bereich von 0,5
bis 2,5 g/m2 ausgegeben werden.
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Zur
Profilierung können die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und
die Dampfausgabeeinrichtung 5 zonal aufgebaut sein, wobei
jede Zone getrennt geregelt werden kann. Die Zonenbreite für
den Flüssigkeitsauftrag liegt vorzugsweise im Bereich von
15 mm bis 100 mm. Bevorzugt wird eine Zonenbreite von 20 mm oder
weniger. Die Zonenbreite für den Dampfauftrag liegt im
Bereich von 50 bis 300 mm, vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis
100 mm.
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Die
Vorrichtung 1 kommt vorzugsweise in einem Kalander zum
Einsatz. Hierbei sollte der Flüssigkeitsauftrag in einem
Bereich von 0,02 s bis 0,20 s vor dem Nip 10 beginnen,
vorzugsweise in einem Bereich von 0,029 s bis 0,14 s vor dem Nip 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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