DE102009001259A1

DE102009001259A1 - Trocknungsband für eine Kondensationstrocknungseinrichtung

Info

Publication number: DE102009001259A1
Application number: DE200910001259
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Köckritz; Martin Dr. Staiger; Matthias Dr. Schmitt
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trocknungsband für eine Kondensationstrocknungseinrichtung in einer Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, herstellenden und/oder verarbeitenden Maschine, mit einer die Dimensionsstabilität des Bandes im Wesentlichen bereitstellenden Grundstruktur, gebildet aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial und mit einer an der Grundstruktur angeordneten, das Wasseraufnahmevermögen des Bandes im Wesentlichen bereitstellenden Faservlieslage, die an ihrer von der Grundstruktur wegweisenden Außenseite eine Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes bereitstellt, wobei die Faservlieslage ein zumindest im Bereich der Außenseite angeordnetes erstes Polymermaterial umfasst und die Faservlieslage im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite durch Heißkalandrieren oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials verdichtet und geglättet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trocknungsband für eine Kondensationstrocknungseinrichtung sowie eine Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, mit einer Kondensationstrocknungseinrichtung.
In einer Kondensationstrocknungseinrichtung einer Papiermaschine wird dem zu fertigenden Bahnmaterial Feuchtigkeit dadurch entzogen, dass das Bahnmaterial von einer Seite erwärmt wird und von der anderen Seite gekühlt wird. Durch die Erwärmung wird in dem Bahnmaterial enthaltene Flüssigkeit verdampft. Der Flüssigkeitsdampf tritt aus dem Bahnmaterial aus und kondensiert außerhalb des Bahnmaterials durch die Kühlung. Um dies zu erreichen, ist das Bahnmaterial an einer Seite in Kontakt mit einem sehr fein strukturierten Trockenband, das für die aus dem Bahnmaterial austretende Flüssigkeit bzw. den Flüssigkeitsdampf permeabel ist. An der vom Bahnmaterial abgewandten Rückseite dieses fein strukturierten Trockenbands ist ein grob strukturiertes Trockenband vorgesehen, dessen Funktion primär die Aufnahme bzw. Speicherung des Flüssigkeitsdampfs bzw. der kondensierten Flüssigkeit ist. An der Rückseite, also der von dem fein strukturierten Trockenband abgewandt liegenden Seite des grob strukturierten Trockenbands, ist dann eine Wärmesenke vorgesehen, beispielsweise in Form eines lokal gekühlten, nicht-flüssigkeitspermeablen Dichtbands. Die andere Seite des Bahnmaterials ist in Kontakt mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem erwärmten, nicht-flüssigkeitspermeablen Band oder einem im Bereich seiner Mantelfläche erwärmten Trockenzylinder, über welchen das Bahnmaterial geführt ist. Es ist also im Allgemeinen eine Anordnung vorgesehen, die drei oder sogar vier Bänder verwendet. Die Führung der einzelnen Bänder ist bei solchen Anordnungen oftmals sehr aufwändig und daher auch oft sehr störungsanfällig.
Im Stand der Technik wurde ferner vorgeschlagen, anstelle eines grob und eines fein strukturierten Trocknungsbandes ein einziges Trocknungsband zu verwenden, bei dem bspw. ein Gewebe als Grundstruktur dient und bei dem die Bahnmaterialkontaktseite durch ein Faservlies bereitgestellt wird.
Kondensationstrocknungseinrichtungen werden oftmals direkt nach der Pressenpartie oder am Anfang der Trockenpartie eingesetzt. An dieser Position ist die Papier- oder Kartonbahn noch relativ feucht und daher leicht formbar. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Seite der Papierbahn, die auf der glatten Mantelfläche des beheizten Trockenzylinders geführt sehr gut geglättet wird und andererseits den Nachteil, dass in die andere Seite der Papierbahn sehr leicht die Struktur des Trocknungsbandes in Form von insbesondere bei graphischen Papieren unerwünschten Markierungen und Eindrücken eingeprägt wird. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn durch das Kühlmedium über das mit der Papierbahn in Kontakt kommende Trocknungsband zusätzlich Druck auf die Papierbahn ausgeübt wird.
Sowohl bei der Verwendung von zwei Trocknungsbändern, d. h. einem feinen und einem groben Trocknungsband, als auch bei der Verwendung eines aus einem Gewebe und einem Faservlies gebildeten Trocknungsbandes werden, insbesondere für die Herstellung von graphischen Papieren, keine zufrieden stellenden Ergebnisse hinsichtlich der Glätte und Trockengehalt der so behandelten Papier- oder Kartonbahn erzielt, da die im Stand der Technik bekannten Trocknungsbänder entweder nicht ausreichend Wasser aufnehmen können, um den Trockengehalt der Papierbahn ausreichend zu steigern oder aber zur Markierung der noch relativ feuchten und daher empfindlichen Papierbahn neigen.
Keines der bekannten Trocknungsbänder für Kondensationstrocknungseinrichtungen verbindet eine hinreichend glatte Bahnmaterialkontaktseite mit einem ausreichend hohen Wasserspeichervolumen. Insbesondere für die Herstellung von feinen graphi schen Papieren sind keine Trocknungsbänder bekannt, mit denen graphische Papier ohne Markierungen erzeugt werden können. Selbst die in der DE 10 2006 039 102 vorgeschlagenen Trocknungsbänder mit einer durch ein Faservlies bereitgestellten Bahnmaterialkontaktseite, sind nicht geeignet für die Herstellung von anspruchsvollen graphischen Papieren wie bspw. Kopierpapier.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Band für eine Kondensationstrocknungseinrichtung sowie eine Papier- oder Kartonmaschine mit einer Kondensationstrocknungseinrichtung vorzuschlagen, mit denen insbesondere graphische Papiere markierungsfrei und effizient hergestellt werden können.
Nach einem ersten Aspekt wird die Erfindung gelöst durch ein Trocknungsband für eine Kondensationstrocknungseinrichtung in einer Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, herstellenden und/oder verarbeitenden Maschine. Das Trocknungsband hat hierbei eine die Dimensionsstabilität des Bandes im Wesentlichen bereitstellende Grundstruktur, die gebildet ist aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial. Das Trocknungsband umfasst ferner eine an der Grundstruktur angeordnete, das Wasseraufnahmevermögen des Bandes im Wesentlichen bereitstellende Faservlieslage, die an ihrer von der Grundstruktur wegweisenden Außenseite eine Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes bereitstellt. Die Faservlieslage umfasst ein zumindest im Bereich der Außenseite angeordnetes erstes Polymermaterial. Ferner ist die Faservlieslage im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite durch heißkalandrieren oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials verdichtet und geglättet.
Die Idee der Erfindung besteht darin, ein Trocknungsband mit einer porösen Faservlieslage bereitzustellen, die einerseits eine glatte und daher markierungsfreie Bahnmaterialkontaktseite und andererseits ein ausreichend hohes Wasseraufnahmevermögen hat und die ferner für den Einsatz in einer Kondensationstrocknungseinrichtung in Bezug auf thermische Beständigkeit und Dimensionsstabilität geeignet ist.
Dadurch, dass die Faservlieslage zumindest im Bereich ihrer Außenseite ein erstes Polymermaterial hat, welches durch Heißkalandrieren, d. h. Einwirkung von Temperatur und Druck- und nachfolgendes Abkühlen zuerst aufgeschmolzen und dann wieder verfestigt wurde, wird ein Trocknungsband mit einer glatten und daher markierungsfreien Bahnmaterialkontaktseite bereitgestellt.
Dadurch, dass das Trocknungsband des Weiteren eine zwischen der Grundstruktur und der Bahnmaterialkontaktseite angeordnete Faservlieslage hat, wird ein Trocknungsband mit ausreichend hohem Wasseraufnahmevermögen bereitgestellt.
Dadurch, dass die die Dimensionsstabilität des Bandes bereitstellende Grundstruktur gebildet ist aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial, wird ein Trocknungsband bereitgestellt, welches auch bei hoher Temperatur und hoher Umgebungsfeuchte, wie diese in einer Kondensationstrocknungseinrichtung auftreten, eine gute Dimensionsstabilität in seiner Maschinenrichtung und in seiner Maschinenquerrichtung hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Als hochtemperaturbeständige Polyamide sind vorliegend bspw. PA46 oder PA6/6T oder PA MXD6 (Para) oder PA 6-T-6-I oder PA 9-T zu nennen.
Als mögliche Polyestermaterialien sind beispielsweise PET, PBT oder PTT zu nennen.
Vorzugsweise ist die Faservlieslage vollständig durch das erste Polymermaterial gebildet.
In diesem Fall ist es bspw. denkbar, dass die Faservlieslage mit der geglätteten und verdichteten Außenseite erzeugt wurde, indem ein unbehandeltes Faservlies gebildet aus Fasern des ersten Polymermaterials bereitgestellt wurde, welches im Bereich einer Außenseite bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials heißkalandriert und nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials abgekühlt wurde. Hierdurch wurden zumindest die im Bereich der Außenseite angeordneten Fasern zumindest teilweise aufgeschmolzen und unter der Einwirkung von Druck teilweise umgeformt und/oder miteinander verklebt, wodurch eine verdichtete und geglättete Außenseite der Faservlieslage erzeugt wurde.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass die Faservlieslage durch das erste Polymermaterial und zumindest ein zweites Polymermaterial mit höherer Schmelztemperatur als das erste Polymermaterial gebildet ist und dass die Faservlieslage im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite durch Heißkalandrieren oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials und unterhalb der Schmelztemperatur des zumindest einen zweiten Polymermaterials verdichtet und geglättet ist.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass das zumindest eine zweite Polymermaterial in Form von Fasern vorliegt.
In diesem Fall werden das erste Polymermaterial und das zweite faserförmige Polymermaterial beim Heißkalandrieren zumindest im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite miteinander vermischt, d. h. im Bereich der Außenseite der Faservlieslage sind nach dem wieder Verfestigen des ersten Polymermaterials die aus dem zweiten Polymermaterial gebildeten Fasern zumindest abschnittsweise in das erste Polymermaterial eingebettet und mittels diesem zumindest abschnittweise miteinander verklebt und/oder verbunden. In diesem Fall bilden also das erste Polymermaterial und das zweite faserförmige Polymermaterial zumindest im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite eine poröse Verbundstruktur aus.
Bei den oben genannten Faservlieslagen nimmt deren Porosität vorzugsweise von der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite in Richtung der Grundstruktur zu, wobei das Trocknungsband vorzugsweise ein Wasseraufnahmevermögen von 100–150 kg pro Stunde pro m², um optimal als Trocknungsband in einer Kondensationstrocknungs-einrichtung arbeiten zu können. Das Trocknungsband ist für Wasser und Wasserdampf permeabel und hat vorzugsweise eine Permeabilität von 1 bis 200 cfm, besonders bevorzugt von 10 bis 95 cfm.
Insbesondere für die Herstellung von graphischen Papieren ist es sinnvoll, wenn die die Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbands bereitstellende Außenseite eine Rauhigkeit Rz von weniger als 2,4 μm hat. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bandes werden in der Regel Rauhigkeiten Rz erzielt, die im Bereich von 0,1 μm bis 20 μm, insbesondere 0,6 μm bis 6 μm nach DIN EN ISO 4287, DIN EN ISO 4288 liegen. Die letzt genannten Rauhigkeiten können insbesondere dann leicht erreicht werden, wenn die Außenseite der Faservlieslage unter die Schmelztemperatur des Polymers des Füllmaterials abgekühlt wird, während die Außenseite unter Druck über eine glatte Fläche geführt wird.
Vorzugsweise liegt das zweite Polymermaterial in Form von Fasern in der Faservlieslage vor, wobei das erste Polymermaterial vor dessen Aufschmelzen partikelförmig vorliegt und insbesondere zwischen dem Fasermaterial angeordnet ist. Denkbar ist hierbei, dass partikelförmiges Füllmaterial im Bereich der Außenseite des Faservlieses in das Faservlies eingebracht und nachfolgend beim Heißkalandrieren aufgeschmolzen wird, wodurch die höherschmelzenden Polymerfasern im Bereich der Außenseite der Vlieslage in das erste Polymermaterial eingebettet und mit diesem verklebt wird.
Ferner ist denkbar, dass die Faservlieslage durch eine Fasermischung gebildet ist, wobei ein Teil der Fasern aus dem ersten Polymermaterial und ein anderer Teil der Fasern aus dem zweiten Polymermaterial gebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Faservlieslage Bi-Komponentenfasern umfasst oder durch diese gebildet ist, wobei vor dem Heißkalandrieren das erste Polymermaterial als eine Komponente und das zweite Polymermaterial als zweite Komponente der Bi-Komponentenfasern vorliegt.
In diesem Zusammenhang ist es bspw. denkbar, dass die Faservlieslage mit der geglätteten und verdichteten Außenseite erzeugt wurde, indem ein unbehandeltes Faservlies bereitgestellt wurde, das zumindest im Bereich seiner die vorgesehene Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite Bi-Komponentenfasern umfasst oder vollständig aus den Bi-Komponentenfasern gebildet ist. Hierbei ist eine erste Komponente der Bi-Komponentenfasern durch das erste Polymer gebildet, wie eine zweite Komponente der Bi-Komponentenfasern durch das zweite Polymer gebildet ist. Zur Erzeugung der Faservlieslage mit der verdichteten und geglätteten Außenseite wird das unbehandelte Faservlies bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials und unterhalb der des zweiten Polymermaterials heißkalandriert und nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7 abgekühlt. Hierdurch wird im Bereich der Außenseite eine glatte und poröse Verbundstruktur aus dem zweiten faserförmigen Polymermaterial und dem ersten Polymermaterial erzeugt, bei der die Polymerfasern zumindest abschnittweise in das erste Polymermaterial eingebettet sind. Abhängig von der beim Heißkalandrieren gefahrenen Temperatur und der Einwirkzeit beim Heißkalandrieren entsteht zwischen der Außenseite und der Grundstruktur ein Bereich, der durch die unverschmolzenen Bi-Komponentenfasern gebildet wird.
Die Bi-Komponentenfasern können hierbei bspw. als Kern-Mantel Fasern oder als Seite-Seite Fasern vorliegen. Im Fall der Mantel-Kern Fasern, bildet das erste Polymermaterial vorzugsweise den Mantel und das zweite Polymermaterial vorzugsweise den Kern.
Bei dem ersten Polymer kann es sich um ein Thermoplast, insbesondere um ein Co-Polyamid handeln. Das Co-Polyamid kann aus mindestens zwei verschiedenen Monomeren aus der Gruppe Caprolactam, Laurinlactam, Dicarbonsäuren mit 4–12 C- Atomen, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Dimersäure mit C-Atomen, lineare alpha-omega-Diamine mit 2–12 C-Atomen und 2-Methylpentamethylendiamin, aufgebaut sein.
Die oben genannten ersten Polymere haben bspw. eine Schmelztemperatur von 110°C oder mehr.
Ferner kann das zweite Polymermaterial ein Thermoplast, insbesondere ein Polyamid sein. Das Polyamid kann aus der Gruppe Polyamid 6, Polyamid 46, Polyamid 66, Polyamid 12, Polyamid 11, Polyamid 6T/66, Polyamid 6T/6, Polyamid 6T/61 oder Polyamid 12T sein.
Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass abhängig von der Kalandriertemperatur, von der Einwirkdauer beim Kalandrieren und der Stärke der Druckeinwirkung beim Kalandrieren das erste Polymermaterial mehr oder weniger stark aufgeschmolzen und umgeformt wird, wodurch sich wiederum die Verdichtung und die Glätte der Faservlieslage im Bereich ihrer die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite gezielt einstellen lässt.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Außenseite beim Heißkalandrieren über eine beheizte glatte Fläche geführt wurde.
Zur Erhöhung der Glätte der die Bahnmaterialkontaktseite bildenden Außenseite der Faservlieslage kann es ferner sinnvoll sein, wenn die Außenseite beim Abkühlen von einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials unter Druck über eine glatte Fläche geführt wurde. Hierdurch wird die Topographie der Außenseite der Faservlieslage in dem Zustand eingefroren, den diese beim Führen über die Kühlfläche hat, wobei die Glätte der Außenseite der Materiallage durch die Glätte der Fläche beim Kühlen festgelegt oder zumindest wesentlich beeinflusst wird.
Die Grundstruktur kann durch ein Gewebe, ein Fadengelege, Gestricke oder Gewirke Trockensieb gebildet sein.
Denkbar ist, dass zwischen der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Faservlieslage und der Grundstruktur zumindest eine Faservlieslage angeordnet ist, deren die Fasern bildendes Polymermaterial eine höhere Schmelztemperatur als das erste Polymermaterial hat.
Ferner ist es möglich, dass auf der von der Bahnmaterialkontaktseite wegweisenden Seite der Grundstruktur zumindest eine Faservlieslage angeordnet ist, deren die Fasern bildendes Polymermaterial eine höhere Schmelztemperatur hat als das erste Polymermaterial und dessen von der Grundstruktur wegweisende andere Außenseite eine Maschinenkontaktseite des Trocknungsbandes bereitstellt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, mit einer Kondensationstrocknungseinrichtung mit mindestens einem beheizbaren Trockenzylinder vorgeschlagen, dessen Mantelfläche in einem Umschlingungsbereich von dem Bahnmaterial, einem Trocknungsband nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einem für Wasser und Dampf undurchlässigen Dichtband umschlungen ist, und mit einem Kühlmedium, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Mantelfläche des Trockenzylinders, wobei im Umschlingungsbereich eine Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Mantelfläche des Trockenzylinders und die andere Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes ist, während die Maschinenkontaktfläche des Trocknungsbandes in Kontakt mit einer Seite des Dichtbandes ist, dessen andere Seite von dem Kühlmedium beaufschlagt wird.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Maschine über dem Dichtband eine zum Dichtband hin offene Überdruckhaube angeordnet, die im Wechselspiel mit dem Dichtband einen geschlossenen Raum bereitstellt, in dem das insbesondere unter Druck stehende Kühlmedium geführt wird. Hierdurch kann das Bahnmaterial über das Dichtband mit Druck beaufschlagt werden, wodurch das unter Druck stehende Kühlmedium Druck auf das Bahnmaterial ausübt.
Bei dem Kühlmedium kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln. Es ist auch ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch als Kühlmedium denkbar.
Besonders vorteilhaft kommt das erfindungsgemäße Trocknungsband in der Kondensationstrocknungseinrichtung zum Einsatz, wenn das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt im Bereich von 50–80% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird, da in diesem Trockengehaltsbereich das Papier noch leicht formbar und daher gegenüber Markierung durch die Bespannung empfindlich ist.
Vorzugsweise wird das insbesondere bei dem oben genannten Trockengehalt in der Kondensationstrocknungseinrichtung geführte Bahnmaterial in dieser nicht nur getrocknet sondern auch geglättet.
Denkbar ist, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach der Pressenpartie und vor der ersten konventionellen Trockengruppe der Trockenpartie angeordnet ist, wobei insbesondere das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt von ca. 50–60% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird. Ebenso denkbar ist, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach der ersten konventionellen Trockengruppe der Trockenpartie angeordnet ist, wobei insbesondere das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt von ca. 70–80% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird.
Um eine gleichmäßige Glätte der Papier- oder Kartonbahn auf beiden Seiten zu erzielen, sieht eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung vor, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach dem einen beheizbaren Trockenzylinder einen zweiten beheizbaren Trockenzylinder hat, dessen Mantelfläche in einem Umschlingungsbereich von dem Bahnmaterial, einem zweiten Trocknungsband, das entweder nach einem der Ansprüche 1–17 oder als befilztes Trockensieb ausgeführt ist sowie einem zweiten für Wasser und Dampf undurchlässigen Dichtband umschlungen ist, und mit einem Kühlmedium, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Mantelfläche des zweiten Trockenzylinders, wobei im Umschlingungsbereich die andere Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Mantelfläche des zweiten Trockenzylinders und die eine Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Bahnmaterialkontaktseite des zweiten Trocknungsbandes bzw. mit einer Seite des befilzten Trockensiebs ist, während die Maschinenkontaktfläche des zweiten Trocknungsbandes in Kontakt mit einer Seite des zweiten Dichtbandes ist, dessen andere Seite von dem Kühlmedium beaufschlagt wird.
Da die Papier- oder Kartonbahn in manchen Fällen bereits nach Umlauf um den ersten Trockenzylinder bereits deutlich weniger markierungsempfindlich als vor dem ersten Trockenzylinder ist, ist es abhängig vom Papiergrad in manchen Konstellationen nicht mehr notwendig als Trocknungsband, welches über den zweiten Trockenzylinder geführt wird, ein erfindungsgemäßes Trocknungsband zu verwenden, sondern es kann bspw. ein befilztes Trockensieb verwendet werden.
Bei der heute bekannten Kondensationstrocknungseinrichtung wird oftmals als Dichtband ein Metallband verwendet. Es sind aber auch andere für Wasser und Dampf undurchlässige Bänder mit hinreichend guter Wärmeleitfähigkeit denkbar, wie bspw. mit Metallpartikeln versetzte Polymerbänder.
Das Bahnmaterial ist bevorzugt ein graphisches Papier, insbesondere Kopierpapier oder Zeitungsdruckpapier.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von schematischen nicht maßstäblichen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trocknungsbandes,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trocknungsbandes,
3 eine mögliche Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Trocknungsbandes,
4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine zur Herstellung von Bahnmaterial mit einer Kondensationstrocknungseinrichtung.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Trocknungsband 1 im Querschnitt. Das Trocknungsband 1 hat eine die Dimensionsstabilität des Bandes 1 im Wesentlichen bereitstellende gewobene Grundstruktur 2, die aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial 3, 4 gebildet ist. Das Trocknungsband 1 umfasst ferner eine an der Grundstruktur 2 angeordnete, das Wasseraufnahmevermögen des Bandes 1 im Wesentlichen bereitstellende Faservlieslage 5, die im Bereich ihrer von der Grundstruktur 2 wegweisenden Außenseite 6 eine Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes 1 bereitstellt. Die Faservlieslage 5 wird vorliegend durch ein erstes Polymermaterial 7 und durch ein zweites Polymermaterial 8 gebildet, wobei das erste Polymermaterial 7 eine niedrigere Schmelztemperatur hat als das zweite Polymermaterial 8.
Bei dem ersten Polymermaterial 7 handelt es sich vorliegend um ein Thermoplast, wie bspw. ein Co-Polyamid. Das zweite Polymermaterial 8 ist vorliegend ein Thermoplast, insbesondere ein Polyamid.
Vorliegend sind das erste und das zweite Polymermaterial 7, 8 in der gesamten Faservlieslage 5 angeordnet. Die Faservlieslage 5 ist zumindest im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite 6 durch heißkalandrieren bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7 und unterhalb der Schmelztemperatur des zweiten Polymermaterials 8 verdichtet und geglättet.
Konkret bedeutet dies, dass die Faservlieslage 5 mit der geglätteten und verdichteten Außenseite 6 erzeugt wurde, indem ein unbehandeltes Faservlies bereitgestellt wurde, das durch Bi-Komponentenfasern 9 gebildet ist, bei denen eine erste Komponente – bspw. der Mantel 10 – durch das erste Polymer und eine zweite Komponente – bspw. der Kern 11 – der Bi-Komponentenfasern 9 durch das zweite Polymermaterial 8 gebildet ist. Dieses unbehandelte Faservlies wurde bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten und unterhalb der des zweiten Polymermaterials heißkalandriert – d. h. das erste Polymermaterial wurde aufgeschmolzen, das zweite Polymermaterial nicht – und nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7 abgekühlt.
Bei der nach dem oben beschriebenen Prozess hergestellten Faservlieslage 5 bildet das erste Polymermaterial 7 zumindest im Bereich der Außenseite 6 eine diskontinuierliche Polymerschicht 13, in welche das als Fasern 12 vorliegende zweite Polymermaterial 8 zumindest abschnittweise eingebettet ist. In einem Bereich, in dem das erste Polymermaterial 7 nicht aufgeschmolzen wurde, liegen das erste und das zweite Polymermaterial 7, 8 nach wie vor als Bi-Komponentenfasern 9 vor.
Alternativ zu der in der 1 gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass das zweite Polymermaterial 8 als Fasermaterial in der Faservlieslage vorliegt und das erste Polymermaterial 7 vor dessen Aufschmelzen partikelförmig zwischen dem Fasermaterial angeordnet ist.
Die Porosität der Faservlieslage 5 nimmt vorliegend von der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite 6 in Richtung der Grundstruktur 2 zu.
Die 2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Trocknungsband 101 im Querschnitt. Das Trocknungsband 101 hat eine die Dimensionsstabilität des Bandes 101 im Wesentlichen bereitstellende gewobene Grundstruktur 102, die aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial 103, 104 gebildet ist. Das Trocknungsband 101 umfasst ferner eine an der Grundstruktur 102 angeordnete, das Wasseraufnahmevermögen des Bandes 101 im Wesentlichen bereitstellende Faservlieslage 105, die im Bereich ihrer von der Grundstruktur 102 wegweisenden Außenseite 106 eine Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes 101 bereitstellt. Die Faservlieslage 105 wird vorliegend nur durch ein erstes Polymermaterial 107 gebildet.
Bei dem ersten Polymermaterial 107 handelt es sich vorliegend um ein Thermoplast, wie bspw. um ein Co-Polyamid.
Die Faservlieslage 105 ist zumindest im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite 106 durch heißkalandrieren bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 107 verdichtet und geglättet.
Konkret bedeutet dies vorliegend, dass die Faservlieslage 105 mit der geglätteten und verdichteten Außenseite 6 erzeugt wurde, indem ein unbehandeltes Faservlies bereitgestellt wurde, das aus Fasern 109 aus dem ersten Polymermaterial 107 gebildet ist. Dieses unbehandelte Faservlies wurde bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 107 heißkalandriert – d. h. das erste Polymermaterial 107 wurde zumindest im Bereich der Außenseite 106 aufgeschmolzen und nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7 abgekühlt. Hierdurch wird das erste Polymermaterial 107 zumindest im Bereich der Außenseite 106 aufgeschmolzen und zumindest teilweise von einem fadenförmigen Material 109 zu einer diskontinuierlichen Polymerschicht 113 umgeformt.
Bei der nach dem oben beschriebenen Prozess hergestellten Faservlieslage 105 bildet das erste Polymermaterial 107 zumindest im Bereich der Außenseite 106 eine diskontinuierliche Polymerschicht 113 aus. In einem Bereich, in dem das erste Polymermaterial 107 nicht aufgeschmolzen wurde, liegt das erste Polymermaterial 107 nach wie vor als Fasern 109 vor.
Die in den 1 und 2 dargestellten Trocknungsbänder 1, 101 haben ein Wasseraufnahmevermögen von 100–150 kg pro Stunde pro m². Ferner sind die Trocknungsbänder 1, 101 für Wasser und Wasserdampf permeabel.
Die Rauhigkeit Rz der Bahnmaterialkontaktseiten 6, 106 der in den 1, 2 gezeigten Trocknungsbänder 1, 101 liegt bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 6 μm nach DIN EN ISO 4287, 4288.
Die 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Trocknungsbandes 1, 101. Hierzu wird das Trocknungsband 1, 101 über zwei zueinander beabstandete Walzen 20, 21 geführt, wobei die eine Walze 21 zusammen mit einer weiteren Walze 22 einen heißen Kalanderspalt 24 bildet, durch welchen das noch unbehandelte Trocknungsband hindurchgeführt wird. Beim Heißkalandrieren wird die Außenseite 6, 106 des Trocknungsbandes 1, 101 unter Druck über eine beheizte glatte Fläche geführt, welche durch die Mantelfläche der Walze 21 bereitgestellt wird. Zum nachfolgenden Abkühlen von einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7, 107 auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials 7, 107 wird das Trocknungsband 1, 101 unter Druck über eine glatte und gekühlte Fläche geführt (gekühlt bedeutet vorliegend, dass die gekühlte Fläche eine Temperatur haben muss, die unter der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials liegt), welche bspw. durch die zur Außenseite 6, 106 des Transportbandes 1, 101 weisende Seite 25 eines im Bereich des Auslaufzwickels der Walze 21 angeordneten Kühlschuhs 23 bereitgestellt wird.
Die 4 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Bahnmaterial, wie bspw. Papier, insbesondere graphisches Papier wie bspw. Kopierpapier, im Bereich einer Kondensationstrocknungseinrichtung 30.
Die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 hat mindestens einen beheizbaren Trockenzylinder 31, dessen Mantelfläche 32 in einem Umschlingungsbereich B–C von einem Bahnmaterial, wie bspw. Papier 33, einem wie in den 1–3 beschriebenen Trocknungsband 1, 101 sowie einem für Wasser und Dampf undurchlässigen Dichtband 34 umschlungen ist. Vorliegend ist das Dichtband 34 als Metallband ausgebildet. Die Bänder 1, 101, 34 werden über eine Anzahl von Rollen und Walzen 38, 39 geführt.
Die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 umfasst ferner ein Kühlmedium 35, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Mantelfläche 32 des Trockenzylinders 31.
Im Umschlingungsbereich B–C ist eine Seite des Bahnmaterials 33 in direktem Kontakt mit der Mantelfläche 32 des Trockenzylinders 31 und die andere Seite des Bahnmaterials 33 in direktem Kontakt mit der Bahnmaterialkontaktseite 6, 106 des Trocknungsbandes 1, 101, während die Maschinenkontaktseite des Trocknungsbandes 1, 101 in direktem Kontakt mit einer Seite des Dichtbandes 34 ist, dessen andere Seite von dem Kühlmedium 35 beaufschlagt wird. Hierdurch wird das Bahnmaterial 33 einerseits erwärmt, wodurch Flüssigkeit aus dem Bahnmaterial 33 verdampft und in das Trocknungsband 1, 101 gelangt. Andererseits wird das Dichtband 34 durch das Kühlmedium 35 gekühlt.
Durch die Erwärmung des Bahnmaterials 33 vermittels des unmittelbaren Kontakts zur Mantelfläche 32 des erwärmten Trockenzylinders 31 einerseits und die Kühlung an der anderen Seite andererseits wird in dem Bahnmaterial 33 enthaltene Flüssigkeit verdampft und in dem Trocknungsband 1, 101 aufgenommen. Durch den Kontakt des Trocknungsbands 1, 101 mit der Seite des vermittels des Kühlmediums 35 gekühlten Dichtbandes 34 kondensiert in diesem Grenzbereich zwischen dem Trocknungsband 1, 101 und Dichtband 34 der Flüssigkeitsdampf, so dass er von dem Bahnmaterial 33 weg geführt werden kann und dieses mit deutlich reduziertem Feuchtigkeitsanteil die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 verlässt.
Wie aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist, ist über dem Dichtband 34 eine zum Dichtband 34 hin offene Überdruckhaube 36 angeordnet, die im Wechselspiel mit dem Dichtband 34 einen geschlossenen Raum 37 bereitstellt, in dem das insbesondere unter Druck stehende gas- und/oder flüssigkeitsförmige Kühlmedium 35 geführt wird, welches Druck auf das Bahnmaterial 33 ausübt.
Die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 ist vorliegend an einer Stelle in der Maschine angeordnet, an dem das Bahnmaterial 33 mit einem Trockengehalt im Bereich von 50–80% in die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 geführt wird. Durch die Druckbeaufschlagung und Wärmeeinwirkung in der Kondensationstrocknungseinrichtung 30 wird das Bahnmaterial 33 in der Kondensationstrocknungseinrichtung 30 getrocknet und geglättet.
Denkbar ist bspw., dass die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 in Bahnlaufrichtung L nach der Pressenpartie angeordnet ist, wobei insbesondere das Bahnmaterial 33 mit einem Trockengehalt von ca. 50–60% in die Kondensationstrocknungseinrichtung 30 geführt wird.
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006039102 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN ISO 4287 [0022]
- DIN EN ISO 4288 [0022]
- DIN EN ISO 4287 [0065]
- 4288 [0065]

Claims

Trocknungsband für eine Kondensationstrocknungseinrichtung in einer Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, herstellenden und/oder verarbeitenden Maschine, mit einer die Dimensionsstabilität des Bandes im Wesentlichen bereitstellenden Grundstruktur gebildet aus Polyester und/oder PCTA und/oder PCT und/oder PEEK und/oder PPS und/oder hochtemperaturbeständiges PA umfassendem Fadenmaterial und mit einer an der Grundstruktur angeordneten, das Wasseraufnahmevermögen des Bandes im Wesentlichen bereitstellenden Faservlieslage, die an ihrer von der Grundstruktur wegweisenden Außenseite eine Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes bereitstellt, wobei die Faservlieslage ein zumindest im Bereich der Außenseite angeordnetes erstes Polymermaterial umfasst und die Faservlieslage im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite durch heißkalandrieren oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials verdichtet und geglättet ist.
Trocknungsband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservlieslage durch das erste Polymermaterial gebildet ist.
Trocknungsband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservlieslage durch das erste Polymermaterial und zumindest ein zweites Polymermaterial mit höherer Schmelztemperatur als das erste Polymermaterial gebildet ist und die Faservlieslage im Bereich der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite durch Heißkalandrieren oberhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials und unterhalb der Schmelztemperatur des zumindest einen zweiten Polymermaterials verdichtet und geglättet ist.
Trocknungsband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polymermaterial als Fasermaterial in der Faservlieslage vorliegt und das erste Polymermaterial vor dem Heißkalandrieren partikelförmig zwischen dem Fasermaterial angeordnet ist.
Trocknungsband nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservlieslage Bi-Komponentenfasern umfasst oder durch diese gebildet ist, wobei vor dem Heißkalandrieren das erste Polymermaterial als eine Komponente und das zweite Polymermaterial als zweite Komponente der Bi-Komponentenfasern vorliegt.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymer ein Thermoplast, insbesondere ein Co-Polyamid ist.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polymer ein Thermoplast, insbesondere ein Polyamid ist.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite beim Heißkalandrieren über eine beheizte glatte Fläche geführt wurde.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite beim Abkühlen von einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymermaterials unter Druck über eine glatte Fläche geführt wurde.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymermaterial eine Schmelztemperatur von 110°C oder mehr hat.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Materiallage von der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Außenseite in Richtung der Grundstruktur zunimmt.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur durch ein Gewebe, ein Fadengelege, Gestricke oder Gewirke gebildet ist.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsband ein Wasseraufnahmevermögen von 100–150 kg pro Stunde pro m² hat.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsband für Wasser und Wasserdampf permeabel ist und insbesondere eine Permeabilität von 1 bis 200 cfm, besonders bevorzugt von 10 bis 95 cfm hat.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbands bereitstellende Außenseite eine Rauhigkeit Rz von 0,6 bis 6 μm nach DIN EN ISO 4287, DIN EN ISO 4288 hat.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der die Bahnmaterialkontaktseite bereitstellenden Faservlieslage und der Grundstruktur zumindest eine Faservlieslage angeordnet ist, deren Fasern aus einem Polymermaterial sind, das eine höhere Schmelztemperatur als das erste Polymermaterial hat.
Trocknungsband nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Bahnmaterialkontaktseite wegweisenden Seite der Grundstruktur zumindest eine Faservlieslage angeordnet ist, deren die Fasern bildendes Polymermaterial eine höhere Schmelztemperatur hat als das erste Polymermaterial und dessen von der Grundstruktur wegweisende andere Außenseite eine Maschinenkontaktseite des Trocknungsbandes bereitstellt.
Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Bahnmaterial, wie Papier-, Karton- oder Tissue, mit einer Kondensationstrocknungseinrichtung mit mindestens einem beheizbaren Trockenzylinder, dessen Mantelfläche in einem Umschlingungsbereich von dem Bahnmaterial, einem Trocknungsband nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einem für Wasser und Dampf undurchlässigen Dichtband umschlungen ist, und mit einem Kühlmedium, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Mantelfläche des Trockenzylinders, wobei im Umschlingungsbereich eine Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Mantelfläche des Trockenzylinders und die andere Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Bahnmaterialkontaktseite des Trocknungsbandes ist, während die Maschinenkontaktseite des Trocknungsbandes in Kontakt mit einer Seite des Dichtbandes ist, dessen andere Seite von dem Kühlmedium beaufschlagt wird.
Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Dichtband eine zum Dichtband hin offene Überdruckhaube angeordnet ist, die im Wechselspiel mit dem Dichtband einen geschlossenen Raum bereitstellt, in dem das insbesondere unter Druck stehende Kühlmedium geführt wird.
Maschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck stehende Kühlmedium Druck auf das Bahnmaterial ausübt.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt im Bereich von 50–80% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach der Pressenpartie angeordnet ist, wobei insbesondere das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt von ca. 50–60% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach der ersten konventionellen Trockengruppe der Trockenpartie angeordnet ist, wobei insbesondere das Bahnmaterial mit einem Trockengehalt von ca. 70–80% in die Kondensationstrocknungseinrichtung geführt wird.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationstrocknungseinrichtung in Bahnlaufrichtung nach dem einen beheizten Trockenzylinder einen zweiten beheizbaren Trockenzylinder hat, dessen Mantelfläche in einem Umschlingungsbereich von dem Bahnmaterial, einem zweiten Trocknungsband, das entweder nach einem der Ansprüche 1–17 oder als Trockensieb ausgeführt ist sowie einem zweiten für Wasser und Dampf undurchlässigen Dichtband umschlungen ist, und mit einem Kühlmedium, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Mantelfläche des zweiten Trockenzylinders, wobei im Umschlingungsbereich die andere Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Mantelfläche des zweiten Trockenzylinders und die eine Seite des Bahnmaterials in Kontakt mit der Bahnmaterialkontaktseite des zweiten Trocknungsbandes bzw. mit einer Seite des Trockensiebs ist, während die Maschinenkontaktseite des zweiten Trocknungsbandes in Kontakt mit einer Seite des zweiten Dichtbandes ist, dessen andere Seite von dem Kühlmedium beaufschlagt wird.
Maschine nach einem der Ansprüche 1–25, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtband ein Metallband ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1–26, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnmaterial ein graphisches Papier, insbesondere Kopierpapier oder Zeitungsdruckpapier ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 18–27, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnmaterial in der Kondensationstrocknungseinrichtung getrocknet und geglättet wird.