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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Satinieren einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, die durch mehrere Nips
geführt und dort mit Druck und Temperatur beaufschlagt wird,
wobei die Bahn in einer ersten Gruppe mit einer ersten Seite jeweils
an einer beheizten Walze und in einer zweiten Gruppe von Nips jeweils
mit ihrer zweiten Seite an einer beheizten Walze anliegt, wobei
die Bahn vor dem ersten Nip der ersten Gruppe befeuchtet wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Kalanderanordnung mit mehreren durch
Walzen gebildeten Nips, einem durch die Nips geführten
Bahnlaufpfad, wobei beheizte Walzen in einer ersten Gruppe der Nips
auf einer Seite des Bahnlaufpfades und in einer zweiten Gruppe der
Nips auf der anderen Seite des Bahnlaufpfades vorgesehen sind, und
einer ersten Befeuchtungseinrichtung vor dem ersten Nip der ersten
Gruppe.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Kalanderanordnung sind beispielsweise
aus
EP 0 979 897 B1 bekannt.
Hier erfolgt eine Befeuchtung in Form eines Flüssigkeitsauftrags
in einer relativ großen Entfernung vor den ersten Nips
eines Walzenstapels. Der Abstand ist so gewählt, dass gewährleistet
ist, dass sich die tropfenförmig auf die Bahn aufgebrachte
Feuchtigkeit gleichmäßig in der Papierbahn verteilen
kann. Kurz vor dem Einlauf in den Walzenstapel wird die Bahn bedampft.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Befeuchtung einer Papierbahn
beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Faserstoffbahnen, beispielsweise
Papp- oder Kartonbahnen in entsprechender Weise anwendbar.
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Bei
der Satinage einer Papierbahn möchte man möglichst
gezielt die Oberflächeneigenschaften der Bahn verändern
und damit die Papierbahn hochwertiger erscheinen lassen. Ein weiteres
Ziel besteht darin, die Bedruckbarkeit zu verbessern. Es ist hierzu bekannt,
dass die Qualität der Oberfläche durch mehrere
Parameter beeinflusst wird, unter anderem vom Druck, der in den
Nips herrscht, von der Temperatur, die an der Oberfläche
der beheizten Walze vorliegt, und von der Feuchtigkeit der Bahn.
Zur Temperaturerhöhung und Befeuchtung der Bahnoberfläche werden
heute vielfach Dampffeuchter eingesetzt. Diese bedampfen die Bahn,
wobei aufgrund der Kondensation Wärme in die Bahn eingebracht
und Feuchtigkeit an deren Oberfläche aufgebracht wird. Das
Kondensationsvermögen des Dampfes ist allerdings abhängig von
der Bahntemperatur. Eine Faserstoffbahn ist ein schlechter Wärmeleiter.
Ein Dampfauftrag bewirkt eine starke Erwärmung besonders der
Bahnoberfläche. Allerdings staut sich die Wärme an
der Oberfläche aufgrund der schlechten Wärmeleitung,
so dass das Kondensationsvermögen des Dampfes stark abnimmt
und ein Dampfauftrag nicht immer den gewünschten Erfolg
bringt.
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In
einem Kalander verliert die durchlaufende Papierbahn Feuchtigkeit.
Vielfach reduziert sich ein Eingangsfeuchtegehalt von etwa 9 bis
12% nach der Satinage auf eine Endfeuchte zwischen 4 und 6%. Die
Endfeuchte ist für die spätere Bedruckbarkeit
entscheidend. Die benötigte Endfeuchte bestimmt den Eingangsfeuchtegehalt
der Papierbahn in den Kalander mit. Die einfache Vorgehensweise,
die Eingangsfeuchte so zu erhöhen, dass man am Ausgang
des Kalanders die benötigte Endfeuchte erhält,
ist allerdings in vielen Fällen nicht realisierbar, weil
man bei einer zu hohen Eingangsfeuchte das Risiko einer Schwarzsatinage
erhält.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Faserstoffbahn ein
gutes Satinageergebnis zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip
der ersten Gruppe und vor dem ersten und zweiten Nip der zweiten
Gruppe befeuchtet wird.
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Man
nimmt also innerhalb des Satinageprozesses zwei weitere Befeuchtungen
vor. Die Befeuchtung vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten
Gruppe bewirkt eine Anhebung der Feuchtigkeit der Bahn, wobei die
Feuchtigkeit einen relativ langen Weg und damit eine größere
Zeit zur Verfügung hat, in die Bahn einzudringen. Allerdings
durchläuft die Bahn mit der aufgetragenen Feuchtigkeit noch
mindestens einen Nip der ersten Gruppe, so dass die Feuchtigkeit
in die Bahn hineingedrückt wird. Auf diese Weise lässt
sich für die Nips der zweiten Gruppe eine bessere ”Grundfeuchte” der
Bahn erzielen. Diese Feuchte wird noch weiter verbessert, wenn die
Bahn vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe ein weiteres
Mal befeuchtet wird. Insgesamt lässt sich dann soviel Feuchtigkeit
auf die Bahn aufbringen bzw. in die Bahn eintragen, dass die gewünschte
Endfeuchte auch dann erreicht wird, wenn die Feuchte der Bahn vor
dem ersten Nip der ersten Gruppe so gewählt ist, dass das
Risiko der Schwarzsatinage nicht allzu groß wird.
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Vorzugsweise
befeuchtet man die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip auf
der der beheizten Walze abgewandten Seite. Dies ist die Seite, die
in der nachfolgenden zweiten Gruppe an der beheizten Walze der zweiten
Nips anliegt. Damit erfolgt die Befeuchtung an dieser Stelle auf
der bis dahin nicht an einer beheizten Walze der Bahn geglätteten
Seite, so dass das bis dahin erzielte Glätteergebnis nicht
wieder zerstört wird. Die Auftragsmenge sollte vorteilhafterweise
so gewählt werden, dass keine Befeuchtung der bereits geglätteten
Seite erfolgt. Da die Bahn nach dem Befeuchten noch mindestens einen
Nip durchläuft, kann man die Ablagerung von Füllstoffen oder
dergleichen auf der nachfolgenden Heizwalze vermeiden. Dieses Risiko
besteht bei einer zu feuchten Oberfläche der Bahn.
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Vorzugsweise
befeuchtet man die Bahn vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten
Gruppe auf der der beheizten Walze zugewandten Seite. In der zweiten
Gruppe möchte man die andere Seite der Bahn dadurch glätten,
dass diese Seite an der jeweiligen beheizten und glatten Walze der
Nips anliegt. Die Glättwirkung wird in gewissen Grenzen
um so besser, je feuchter diese Seite ist. Wenn man vor dem ersten
oder zweiten Nip der Gruppe noch auf der der beheizten Walze zugewandten
Seite eine Befeuchtung vornimmt, dann wird diese Seite an ihrer Oberfläche
so plastifiziert, dass ein hervorragendes Glätteergebnis
erzielt werden kann.
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Bevorzugterweise
trägt man zuerst Flüssigkeit oder Feststoff und
dann Dampf auf die Bahn auf, wobei man den Dampf aufträgt,
solange sich noch zuvor aufgetragene Flüssigkeit oder Feststoff
auf der Oberfläche der Bahn befindet. Damit trägt
man der Tatsache Rechnung, dass der Dampf bei einer erhöhten
Bahntemperatur nur ein begrenztes Kondensationsvermögen
aufweist. Solange die Bahn noch relativ kalt ist, also eine Temperatur
von 50°C oder weniger aufweist, lässt sich mit
dem Dampf eine relativ große Feuchtemenge auf die Bahn übertragen,
wobei gleichzeitig eine Temperaturerhöhung bewirkt wird.
Wenn die Bahn aber eine höhere Temperatur hat, beispielsweise
weil sie aus der Trockenpartie zugeführt wird oder weil
sie bereits einige beheizte Nips durchlaufen hat, dann lässt
sich mit dem Dampf in vielen Fällen nicht mehr genügend
Feuchtigkeit aufbringen. Man verwendet nun einen Flüssigkeits-
oder Feststoffauftrag, wobei als Feststoff z. B. Eis verwendet wird,
als Nucleus oder Kern für die Kondensation des danach aufgetragenen
Dampfes, so dass die Kondensation des Dampfes weitgehend unabhängig von
der Temperatur der Bahn erreicht wird. Damit lässt sich
eine gezielte Temperaturerhöhung der Bahn erreichen und
auch genügend Feuchtigkeit mit Hilfe des Dampfes eintragen.
Durch die Kondensation des Dampfes 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 Bahn auch kurz vor dem Nip des Kalanders vorzunehmen, ohne dass
sich größere Störungen an der Oberfläche
ergeben. Durch das aufeinander folgende Auftragen von Flüssigkeit
und Dampf hat man die weitgehende Möglichkeit, die Feuchtigkeit
und die Temperatur der Bahn unabhängig von der Bahn einzustellen.
Keines der Medien wird zum Auftrag des anderen benötigt.
Darüber hinaus wirkt die aufgetragene Flüssigkeit
auch als Wärmeleiter zwischen dem aufgetragenen Dampf und der
Bahn, so dass die Bahn 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 oder des Feststoffs auf. Dieser
zeitliche Abstand ist so gering, dass gewährleistet ist,
dass in jedem Fall noch eine ausreichende Menge an Flüssigkeit
auf der Oberfläche der Bahn 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
oder des Feststoffs auf. Bei den heutigen Bahnlaufgeschwindigkeiten
ist der Abstand so gewählt, dass beim Aufbringen des Dampfes
noch genügend Flüssigkeit an der Oberfläche
der Bahn 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 Bahn vorhanden ist. Wenn man einen Feststoff
aufgetragen hat, dann wird dieser Feststoff im Moment des Auftragens
des Dampfes in der Regel bereits aufgeschmolzen sein und bildet
dann eine Flüssigkeit, die hier als Beurteilungskriterium
zur Verfügung steht. Bei den angegebenen Werten steht weit
mehr als die Hälfte der aufgetragenen Flüssigkeit
zur Verfügung, um Dampf zu kondensieren. Die Flüssigkeit
wird durch den Dampf erwärmt. Aufgrund der relativ großen
Flüssigkeitsmenge können sich die Flüssigkeitströpfchen,
die sich an der Oberfläche der Bahn ausgebildet haben,
dann zu einem Film vereinigen. Dieser Film führt beim Durchlaufen
des nachfolgenden Nips zu einer relativ gleichmäßigen
Befeuchtung der Bahn.
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Vorzugsweise
bringt man Flüssigkeit in Form von Eis auf. Wenn man beispielsweise
Wasser für die Befeuchtung verwendet, was überwiegend
der Fall ist, dann kann man Flüssigkeit in Form von kleinen Eiskristallen
auftragen, die zuvor bereitet worden sind. Derartige Eiskris talle
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 Temperatur niedrigeren Temperatur kann der
Dampf dann in vermehrten Maße kondensieren, so dass man
mehr Feuchtigkeit durch Dampfauftrag und damit mehr Wärme
in die Bahn einbringen kann als sonst.
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Bevorzugterweise
trägt man vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten
Gruppe mehr Feuchtigkeit auf als vor dem ersten Nip der ersten Gruppe. Der
Feuchtigkeitsauftrag vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten
Gruppe dient hauptsächlich zur Rückbefeuchtung
der Bahn, so dass gezielt der Trockengehalt am Eingang des Kalanders
beeinflusst werden kann. Der Trockengehalt vor dem Beginn der Satinage
sollte zwischen 85% und 95% liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen
91% und 93%. Da man nun vor dem letzten oder vorletzten Nip der
ersten Gruppe weiter befeuchten kann, kann man hier eine ausreichende
Feuchtigkeitssteigerung der Bahn erreichen, so dass die Bahn in
den Nips der zweiten Gruppe erneut Feuchtigkeit verlieren kann,
ohne am Ausgang des Kalanders zu trocken zu sein. Beispielsweise
kann man an dieser Stelle eine Feuchtigkeitssteigerung im Bereich
von 3 bis 5% erreichen, die dann in den Nips der zweiten Gruppe
zur Verfügung steht.
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Vorzugsweise
trägt man vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe
weniger Feuchtigkeit als vor dem letzten oder vorletzten Nip der
ersten Gruppe auf. Wenn die Bahn von den Nips der ersten Gruppe
zu den Nips der zweiten Gruppe wechselt, durchläuft sie
entweder einen Wechselnip, der geschlossen oder offen sein kann,
oder sie durchläuft einen Weg zwischen einem ersten und
einem zweiten Walzenstapel. In jedem Fall besteht das Risiko, dass
sich die Bahn durch den relativ langen freien Zug stark abkühlt.
Aus diesem Grunde steht vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten
Gruppe eine Erwärmung im Vordergrund. Diese Erwärmung
ist vorteilhaft, um eine gute Glättung der Oberfläche
zu erzielen. Um den Eingangsfeuchtegehalt in den Kalander so gering
wie möglich zu halten, so dass eine Schwarzsatinage vermieden
werden kann, soll hier der Flüssigkeitseintrag nur so groß sein,
wie er zur Erzielung der gewünschten Bahntemperatur erforderlich
ist. Durch einen geringen Feuchteeintrag in die Bahn wird die Gefahr
von Ablagerungen auf der Heizwalze vermieden.
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Vorzugsweise
verwendet man an allen Befeuchtungspositionen Auftragsaggregate
der gleichen Bauart. Damit lässt sich der apparative Aufbau für
die Befeuchtung auch innerhalb des Kalanders klein halten.
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Vorzugsweise
nimmt man die Befeuchtung im Bereich einer Leitwalze vor. Im Bereich
einer Leitwalze ist die Bahn auf einer Seite durch die Leitwalze abgestützt.
Sie kann dann auf der anderen Seite befeuchtet werden und zwar wobei
der Abstand zwischen dem Dampf oder Flüssigkeitsauftrag
und der Bahn relativ genau eingestellt und beibehalten werden kann.
Dies ergibt einen Feuchtigkeitsauftrag, der in einem hohen Maße
reproduzierbar ist.
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Vorzugsweise
nimmt man die Befeuchtung mit einem zeitlichen Abstand im Bereich
von 1 ms bis 200 ms, insbe sondere im Bereich von 2 ms bis 70 ms,
vor dem Durchlaufen des Nips vor. In diesem Fall steht die Feuchtigkeit
hauptsächlich im Bereich der Oberfläche zur Verfügung,
so dass man ein Volumen schonendes Satinieren der Bahn erreichen
kann.
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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 Kalanderanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass vor dem letzten oder vorletzten
Nip der ersten Gruppe eine zweite Befeuchtungseinrichtung und vor dem
ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe eine dritte Befeuchtungseinrichtung
angeordnet ist.
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Wie
oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben worden ist, kann
man mit einer derartigen Kalanderanordnung eine relativ hohe Endfeuchte
der Bahn erreichen, ohne die Bahn mit einer zu hohen Eingangsfeuchte
in den ersten Nip des Kalanders einfahren zu müssen. Durch
die zweite Befeuchtungseinrichtung kann ein relativ hoher Feuchtigkeitseintrag
erfolgen, weil die Bahn danach nur noch den letzten oder vorletzten
Nip der ersten Gruppe durchläuft und danach zu den Nips
der zweiten Gruppe einen relativ langen freien Zug hat, in dem die
Bahn abkühlt und eine Durchfeuchtung erfahren kann. Die
dritte Befeuchtungseinrichtung sorgt dann dafür, dass die
Bahn für den Durchlauf der zweiten Nips an der jeweiligen
zu glättenden Oberfläche die gewünschte
Feuchtigkeit erhält. Die dritte Befeuchtungseinrichtung
kann auch dafür verwendet werden, die Temperatur der Bahn
an dieser Oberfläche zu erhöhen.
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Vorzugsweise
weist jede Befeuchtungseinrichtung eine Flüssigkeits- oder
Feststoffaufgabe und entlang des Bahnlaufpfades dahinter eine Dampfausgabe
auf. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann man zunächst
eine Flüssigkeit (oder einen Feststoff in Form von Eis)
auf die Oberfläche der Bahn auftragen. Diese Flüssigkeit
dient dann als Nucleus oder Kern für die Kondensation des
nachfolgend aufgetragenen Dampfes. Der Auftrag von Feuchtigkeit mit
Hilfe des Dampfes ist dann nicht mehr von der Temperatur der Bahn
abhängig, weil der Dampf an der zuvor aufgetragenen Feuchtigkeit
kondensieren kann. Man kann dann den Dampfauftrag, der auch einen
wesentlichen Einfluss auf die Temperatur an der Oberfläche
der Bahn hat, und den Feuchtigkeitsauftrag weitgehend voneinander
entkoppeln, so dass man Feuchte und Temperatur an der Oberfläche
der Bahn weitgehend unabhängig voneinander einstellen kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass ein Abstand zwischen einem Ausgang der Flüssigkeits-
oder Feststoffausgabe und der Dampfausgabe 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 Flüssigkeits- oder Feststoffausgabe
bis zum Eingang der Dampfausgabe,
- c) am Eingang der Dampfausgabe befindet sich mindestens 75 insbesondere
mindestens 90%, der in der Flüssigkeitsausgabe aufgetragenen Flüssigkeit
noch auf der Oberfläche der Bahn.
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Wie
oben erwähnt, wird auf diese Weise sichergestellt, dass
bei der Beaufschlagung mit Dampf auch noch eine ausreichende Flüssigkeitsmenge
auf der Oberfläche der Bahn 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 Bahn 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 Bahn ausbilden kann. Mit einem gleichmäßigen
Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche kann man die
so befeuchtete Bahn dann durch die Nips in den Kalander führen,
ohne dass man ein größeres Risiko der Beschädigung
der Bahn hat.
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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 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung der Befeuchtung
einer Bahn und
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2 eine
stark schematisierte Darstellung eines Kalanders.
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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 profilieren zu können. Da man
den Dampfauftrag und den Flüs sigkeitsauftrag 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 eine Kalanderanordnung mit einem unter einem Winkel
von etwa 45° zur Vertikalen angeordneten Walzenstapel 11,
der zwischen einer Abwicklung 12 und einer Aufwicklung 13 angeordnet
ist. Die Kalanderanordnung 10 ist im vorliegenden Fall
also offline angeordnet. Sie kann aber ebenso gut auch online zu
einer Papier- oder Streichmaschine angeordnet sein, so dass eine
Abwicklung vor der Kalanderanordnung 10 entbehrlich ist.
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Der
Walzenstapel 11 weist im vorliegenden Fall zehn Walzen 14–23 auf,
von denen die beiden Endwalzen 15, 23 als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet
sind. Auch zwei mittlere Walzen 18, 19 sind als
Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet, die allerdings in zwei
Wirkrichtungen betätigbar sind. Die Walzen 14, 16, 18, 19, 21, 23 sind
als so genannte ”weiche Walzen” ausgebildet, d.
h. sie weisen einen elastischen Belag an ihrer Oberfläche
auf. Die Walzen 15, 17, 20, 22 sind
als beheizte Walzen ausgebildet.
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Zwischen
jeweils benachbarten Walzen 14–23 sind
Nips 24–32 ausgebildet, wobei bis auf
einen Wechselnip 28 alle Nips jeweils zwischen einer harten
Walze 15, 17, 20, 22 und einer
weichen Walze 14, 16, 18, 19, 21, 23 ausgebildet
sind. Durch den Wechselnip 28 ist dafür gesorgt,
dass die Papierbahn 2 entlang ihres Bahnlaufpfades so geführt
ist, dass sie in einer ersten Gruppe A von Nips 24–27 mit
ihrer ersten Seite 33 an einer harten und beheizten Walze 15, 17 anliegt,
während sie in einer zweiten Gruppe B von Nips 29–32 mit
ihrer anderen Seite 34 an den harten, beheizten Walzen 20, 22 anliegt.
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An
insgesamt drei Positionen ist nun jeweils eine Vorrichtung 1 angeordnet.
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Eine
erste Befeuchtungseinrichtung 1a ist vor dem ersten Nip 24 der
ersten Gruppe A angeordnet. Eine zweite Befeuchtungseinrichtung 1b ist
vor dem letzten Nip 27 der ersten Gruppe A angeordnet. Eine
dritte Befeuchtungseinrichtung 1c ist vor dem ersten Nip 29 der
zweiten Gruppe B angeordnet. Alternativ ist eine dritte Befeuchtungseinrichtung 1c' vor
dem zweiten Nip 30 der zweiten Gruppe angeordnet.
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Alle
Befeuchtungseinrichtungen 1a, 1b, 1c, 1c' können
gleichartig aufgebaut sein, d. h. sie tragen zunächst Sprühstrahlen 6 auf
die Oberfläche der Papierbahn 2 auf, um einen
Flüssigkeitsfilm 7 zu bilden, und anschließend
Dampfstrahlen 8, um einen ”Dampffilm” 9 zu
bilden.
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Allerdings
kann es vorteilhaft sein, die Befeuchtungseinrichtungen unterschiedlich
zu betreiben. Die erste Befeuchtungseinrichtung 1a vor
dem ersten Nip 24 der ersten Gruppe A trägt Feuchtigkeit auf
der Seite 33 der Papierbahn 2 auf, die der nachfolgenden
beheizten Walze 15 zugewandt ist. Diese Befeuchtung dient
hauptsächlich der Zufuhr von Wärme der Papierbahn 2.
Diese Erwärmung ist notwendig, damit eine Glättung
der Oberfläche der Papierbahn 2 in den nachfolgenden
Nips 24–27 erzielt werden kann. Zur Reduzierung
der Schwarzsatinage sollte die Eingangsfeuchtigkeit der Papierbahn 2 vor dem
Eintritt in die Kalanderanordnung 10 allerdings so gering
wie möglich gehalten werden. Der Flüssigkeitseintrag
durch die erste Befeuchtungsvorrichtung 1a ist hier nur
so groß, wie es zur Erzielung der gewünschen Bahntemperatur
erforderlich ist. Dementsprechend dient der Flüssigkeitsauftrag
mit den Sprühstrahlen 6 dazu, dass etwa soviel
Flüssigkeit aufgebracht wird, dass ausreichend Dampf kondensieren
kann, um die gewünschte Bahntemperatur zu erzielen. Der
Flüssigkeitsauftrag dient an dieser Stelle hauptsächlich
dazu, den Wärmeübergang des Dampfes an die Papierbahn 2 zu
verbessern.
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Der
Abstand der Befeuchtungsvorrichtung 1a zum Nip 24 sollte
zeitlich zwischen 1 ms und 200 ms, vorzugsweise zwischen 2 ms und
70 ms liegen. Die Papierbahn sollte unmittelbar nach dem ersten Nip 24 eine
Temperatur von mehr als 60°C, vorzugsweise mehr als 75°C
haben. Die Feuchtigkeitssteigerung durch die Befeuchtungsvorrichtung 1a sollte hier
vorzugsweise bei maximal 3% liegen, vorzugsweise sogar unter 2,5%
liegen.
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In
den nachfolgenden Nips 24–26 wird die Papierbahn 2 satiniert.
Dabei wird die Seite 33 an den beheizten Walzen 15, 17 geglättet.
Ein Feuchtigkeitsverlust ist hierbei praktisch nicht zu vermeiden.
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Aus
diesem Grunde ist vor dem letzten Nip 27 der ersten Gruppe
A eine zweite Befeuchtungseinrichtung 1b angeordnet, mit
der eine Rückbefeuchtungsmenge auf die Papierbahn 2 aufgetragen werden
kann, die den Eingangstrockengehalt in die Kalanderanordnung 10 maßgeblich
beeinflussen kann. Die Befeuchtung erfolgt an dieser Stelle auf
die bis dahin nicht geglättete Seite 34 der Papierbahn 2, also
auf die an der weichen Walze 18 anliegende Seite. Die Auftragsmenge
wird so gewählt, dass keine Befeuchtung der bereits geglätteten
Seite 33 erfolgt.
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Die
Befeuchtung erfolgt im letzten Nip 27 vor dem Wechselnip 28,
um zwischen dieser Befeuchtung und dem ersten Nip 29 der
zweiten Gruppe B noch mindestens einen Nip zu durchlaufen. Damit kann
man Ablagerungen von Füllstoffen auf den nachfolgenden
Heizwalzen 20, 22 vermeiden.
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Alternativ
dazu kann (nicht dargestellt) die Befeuchtung auch zwei Nips vor
dem Wechselnip 28 erfolgen.
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Auch
hier beträgt der zeitliche Abstand der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 1b und
dem folgenden Nip 27 1 ms bis 200 ms, vorzugsweise 2 ms bis
70 ms. Die Feuchtigkeitssteigerung durch die zweite Befeuchtungseinrichtung
ist wesentlich höher. Sie reicht bis 5%, so dass der Trockengehalt
der Papierbahn 2 vor dem Einlauf in die Nips 29–32 der zweiten
Gruppe B zwischen 85% und 95%, vorzugsweise im Bereich von 91% bis
93% liegen kann.
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Im
Wechselnip 28 kühlt sich die Papierbahn 2 durch
den relativ langen freien Zug stark ab. Die dritte Befeuchtungsvorrichtung 1c vor
dem ersten oder zweiten Nip 29, 30 der zweiten
Gruppe B dient dann primär dazu, die Papierbahn 2 zu
erwärmen, um eine gute Glättung der Seite 34 erzielen
zu können.
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Um
den Eingangsfeuchtegehalt in die Nips 29–32 der
zweiten Gruppe B so gering wie möglich zu halten, soll
hier der Flüssigkeitseintrag nur so groß sein,
wie er zur Erzielung der gewünschten Bahntemperatur erforderlich
ist. Durch einen geringen Feuchteeintrag in die Papierbahn 2 wird
auch die Gefahr von Ablagerungen auf den Heizwalzen 20, 22 gering gehalten.
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Der
Abstand der dritten Befeuchtungsvorrichtung 1c zum nachfolgenden
Nip ist ebenfalls so klein, wie er oben angegeben worden ist. Die
Feuchtigkeitssteigerung durch die dritte Befeuchtungseinrichtung
sollte weniger als 3%, vorzugsweise weniger als 2% betragen.
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In
allen Bereichen kann die Befeuchtungsvorrichtung 1 quer
zur Laufrichtung der Papierbahn 2 in Zonen unterteilt werden,
die getrennt regelbar sind. Bevorzugte Zonenbreiten liegen im Bereich
von 10 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von maximal 20 mm.
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Die
Befeuchtung der Papierbahn 2 erfolgt vorzugsweise von unten,
um zu gewährleisten, dass Tropfen von kondensiertem Dampf
bzw. Wasser nicht von oben auf die Papierbahn 2 fallen
können. Wenn man einen Feststoffauf trag (Eis) verwendet,
dann erfolgt dieser bevorzugt von oben auf die Papierbahn 2.
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Wenn
in einer Kalanderanordnung 10 nicht alle Nips für
die Satinage der Papierbahn 2 verwendet werden, dann gelten
die Positionen für die Befeuchtungsvorrichtungen 1a, 1b, 1c, 1c' für
die benutzten Nips.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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