DE102012000037A1

DE102012000037A1 - Verfahren und Einrichtung zur Thermofixierung und Stabilisierung von in Papierherstellungsmaschinen verwendeten Geweben

Info

Publication number: DE102012000037A1
Application number: DE201210000037
Authority: DE
Inventors: Inge Tronstad
Original assignee: NEBB ENGINEERING AS
Current assignee: NEBB ENGINEERING AS
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-06-20
Also published as: NO336439B1; DE102012000037A9; SE537238C2; NO20111746A1; SE1251425A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Thermofixierung und Stabilisierung von Geweben, die in Papierherstellungsmaschinen verwendet werden, indem zuerst gesättigter Dampf eingesetzt wird, um die Fasern und Fäden in dem Gewebe vorzuwärmen und zu befeuchten und dann überhitzter Dampf eingesetzt wird, um die erforderliche Feuchtigkeit und Temperatur der Fäden des Gewebes zu erreichen, die für das Thermofixieren erforderlich sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Thermofixierung und Stabilisierung von Geweben, die in Papierherstellungsmaschinen verwendet werden.
Hintergrund
Derzeitige Papierherstellungsprozesse enthalten üblicherweise die folgenden Hauptprozessschritte:

– Aufschluss: Trennen von Zellulosefasern in Holzmaterial voneinander, um freie Zellulosefasern zu bilden, die in einer Aufschlussflüssigkeit suspendiert sind, um eine Aufschlussmasse zu bilden,
– Schlämmebildung: Transferieren der Zellulosefasern in eine Wasserphase und Hinzufügen von Papierbildungsadditiven wie z. B. Füllstoffen, Leim, Farbstoffen etc., um eine Schlämme zu bilden,
– Papierbildung: Dispergieren und Verteilen der Schlämme auf ein Formgewebe, um das Wasser aus der Schlämme zu entfernen und eine Papierbahn zu bilden,
– Papierpressen: Verdichten und Verfestigen der Papierbahn, indem sie gepresst wird, um mehr Wasser aus der Papierbahn zu entfernen, und
– Oberflächenbehandlung: Trocknen und Endbehandeln des Papiers durch z. B. Beschichten, Kalandrieren, Konvertieren etc., um das fertige Papier zu formen.

Es ist das Ziel des Papierpressens, die in dem Papierbildungsschritt begonnene Wasserentfernung fortzusetzen, der Papieroberfläche eine Textur zu geben und die Papierbahn zu verfestigen. Dies wird üblicherweise erreicht, indem die Papierbahn nach dem Papierbildungsschritt von dem Formgewebe auf einen Pressfilz (auch als Pressgewebe bekannt) transferiert wird, der die Papierbahn in einen Pressabschnitt der Papierherstellungsmaschine trägt. Im Pressabschnitt wird die Papierbahn, wenn sie von dem Pressfilz getragen ist, einem oder mehreren Durchgängen durch einen Pressspalt unterzogen, der zwischen zwei Presswalzen gebildet ist, die Wasser aus der Papierbahn und in den Pressfilz drücken und die Papierbahn komprimieren, um das Papier zu verfestigen und der Papierbahn eine Oberflächentextur zu geben.
Die Papierbahn ist nach dem Papierbildungsschritt brüchig und recht nass, typischerweise mit etwa 20% Fasergehalt und 80% Wassergehalt bezogen auf das Gewicht. Dies führt zu einer Reihe von Eigenschaftsanforderungen an Pressfilze, wie z. B., dass sie während des Pressschritts einschließlich dem einen oder den mehreren Durchgängen durch die Pressspalte einen Schutz der Bahn gegen Strecken oder Reißen vorsehen, wodurch unbeabsichtigte Markierungen auf der Oberfläche der Papierbahn vermieden werden, aber die beabsichtigte Oberflächentextur herbeigeführt wird, dass sie eine ausreichende Absorbierkapazität aufweisen und in der Lage sind, das während des Pressens aus der Papierbahn gedrückte Wasser zu halten etc. Zusätzlich erfordert die Anforderung nach langer Gebrauchsdauer und ausgezeichneter Papierqualität, dass der Pressfilz einen hohen Widerstand gegenüber Strecken, Verformung während der Verdichtung, Abrieb und Wärme- und chemischer Aktivität aufweist, die in den Pressabschnitten von Papierherstellungsmaschinen typischerweise zu finden sind.
Um diese Eigenschaften zu erreichen, bestehen Pressfilze üblicherweise aus zwei Komponenten, ein die Belastung tragendes Grundgewebe und eine Lage Faserflor, der an dem Grundgewebe befestigt ist. Herkömmliche Grundgewebe, wie sie derzeit verwendet werden, sind üblicherweise aus einer oder mehreren Lagen synthetischer Mono- oder Multifilamentfäden hergestellt, die zusammen in herkömmliche endlos gewobene Muster, flach gewebte geschichtete Muster (laminierte Gewebe) oder Nahtgewebe verwoben sind. Der Faserflor wird durch Vernadeln oder ein anderes geeignetes Verfahren auf dem Grundgewebe befestigt.
Stand der Technik
Bevor der hergestellte Pressfilz an die Kunden geliefert und in einer Papierherstellungsmaschine installiert wird, wird er einer Wärmebehandlung unterzogen, üblicherweise in Kombination mit einem Waschschritt, um ein Thermofixieren der Fäden im gewebten Grundgewebe und eine Entfernung von Ölrückständen auf den Oberflächen der Fäden nach dem Weben zu erhalten. Das Thermofixieren der Fäden des Pressfilzes verbessert den Gewebemodul und die Dimensionsstabilität des Grundgewebes und baut Spannungen in der gewebten Struktur ab.
Bei Sabit Adanur [1] sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Thermofixieren eines Pressfilzes offenbart, umfassend zwei Walzen, an denen der zu behandelnde endlose Pressfilz angebracht wird. Eine Walze ist eine Spannwalze mit einstellbarer Positionierung ihrer Rotationsachse, um in dem Pressfilz eine bestimmte Spannung zu erzeugen, und die andere Walze ist mit Mitteln zum Erwärmen der Walze auf eine Temperatur versehen, bei der die Fäden in dem Grundgewebe aufweichen, üblicherweise um 160–180°C. Die erwärmte Walze überträgt Wärmeenergie auf den Bereich des Pressfilzes, der in Kontakt mit der erwärmten Walze steht, so dass die Fäden des Grundgewebes des Pressfilzes durch wiederholte Durchgänge über die erwärmte Walze durch die kombinierte Wirkung der angewendeten Temperatur und Spannung thermofixiert werden.
Ein Problem bei diesem Verfahren ist, dass, da das Thermofixieren von Pressfilzen ein Chargenprozess ist, bei dem ein Pressfilz zur Zeit behandelt wird, die heiße Walze nach dem Behandeln eines Pressfilzes gekühlt werden muss, um ein Entfernen des thermofixierten Pressfilzes und ein Anbringen des nächsten zu behandelnden Pressfilzes zu erlauben. Daher wird die heiße Walze zwischen ihren Betriebstemperaturen während des Thermofixierens und des Entfernen/Anbringen der Pressfilze periodisch erwärmt und abgekühlt. Aufgrund der großen Masse der heißen Walze, oft in der Größenordnung von 20 metrischen Tonnen, führt das periodische Erwärmen und Abkühlen zu einer beträchtlichen Energieeinbuße.
Ein weiterer Faktor, der zu der Energieeinbuße beiträgt, ist, dass der Pressfilz befeuchtet wird, indem er vor dem Thermofixieren mit Wasser besprüht wird, um die Fasern in den Fäden des Grundgewebes aufzuweichen und Rückstände von der Oberfläche der Fäden nach dem Weben zu entfernen. Das Besprühen mit Wasser führt jedoch zu einer überschüssigen Zufuhr von Wasser, weil der Hohlraumanteil der Faserflorlage mehr oder weniger mit flüssigem Wasser gesättigt wird, so dass ein beträchtlicher Teil des zugeführten Wassers durch Verdampfung entfernt werden muss, um den Pressfilz vor dem Thermofixieren des Pressfilzes zu trocknen. Dieses Problem wird durch den relativ großen Hohlraumanteil der Faserflorlage verstärkt, was zu einer schlechten Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von der Oberfläche der erwärmten Walze zur Faserflorlage des Pressfilzes führt. Eine Maschine mit durch Öl erwärmter/n Walze(n) verbraucht typischerweise um 1000 kWh Energie, um einen Pressfilz von typischer Größe (Breite 14 m und Länge 30 m) zu thermofixieren, und der Vorgang dauert etwa 2 Stunden.
Aus der DE 199 41 593 ist ein technisches Gewebe zur Verwendung in Papiermaschinen bekannt, das aus verdrehten synthetischen Fäden hergestellt ist. Die verdrehten Fäden, die aus Polyamid hergestellt sein können, werden wärmebehandelt, um ein Thermofixieren der Drehung zu erreichen, bevor sie in den Geweben angewandt wird. Das Thermofixieren beinhaltet Temperaturen im Bereich von 70 bis 240°C, und die Wärme kann durch die Verwendung von heißer Luft, heißem Wasser oder Dampf zugeführt werden.
US 4 718 257 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Seilen oder Bahnen, die aus synthetischen Fasern bestehen, insbesondere Filamenten und Fasern aus Acylnitrilpolymeren mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten, mittels Dampf, wahlweise nach Falten. Die zu lösende Aufgabe ist, eine geeignete Behandlungsvorrichtung für den kontinuierlichen Trockenspinnprozess bereitzustellen, die das Falten stabilisiert, die durch den Streckprozess verursachte Schrumpfung verringert und die Restmenge des Spinnlösemittels entfernt. Die Aufgabe wird dadurch bewältigt, dass das synthetische Fasermaterial in einer dampfdichten Behandlungsvorrichtung auf einem rotierenden perforierten Band Dampf ausgesetzt wird, der in mindestens zwei Stufen auf eine Temperatur von 105 bis 150°C überhitzt wurde und eine Verweilzeit in der Behandlungsreinrichtung von über 3 Minuten hat.
GB 844 320 offenbart eine Vorrichtung zum vollständigen Vorschrumpfen und Dampfbehandeln eines Gewebes, insbesondere von Wirkware, vor der Herstellung von Fertigware daraus, wie z. B. Strumpfwaren. Die Vorrichtung zum Dampfbehandeln und Vorschrumpfen von Textilgewebe vor der Herstellung von Fertigware daraus umfasst in Kombination eine erste Dampfbehandlungseinheit, eine erste Trocknungseinheit, die angeordnet ist, um das Gewebe von der ersten Dampfbehandlungseinheit zu empfangen, eine zweite Dampfbehandlungseinheit, die angeordnet ist, um Gewebe von der ersten Trocknungseinheit zu empfangen, und eine zweite Trocknungseinheit, die angeordnet ist, um Gewebe von der zweiten Dampfbehandlungseinheit zu empfangen, und Erwärmungsmittel, die mit der zweiten Trocknungseinheit assoziiert sind. Der Betrieb der Vorrichtung der Erfindung beinhaltet im Wesentlichen das Führen von Gewebe, das zuerst der Wirkung zum Beispiel eines herkömmlichen Dampfkalanders unterzogen wurde, über die erste Trocknungseinheit bei gewöhnlicher Temperatur und dann nochmaliges Dampfbehandeln des Gewebes und schließlich Trocknen des dampfbehandelten Gewebes bei erhöhter Temperatur auf der zweiten Trocknungseinheit.
Aufgabe der Erfindung
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, ein energieeffizientes und weniger zeitaufwändiges Verfahren zum Thermofixieren eines Gewebes mit verbesserter Steuerbarkeit des Verfahrens und verbesserter Produktqualität bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Dampf ein exzellentes Medium zum gleichzeitigen Transferieren von Wärme und Feuchtigkeit auf fibröse Materialien ist, so dass, indem zuerst gesättigter Dampf eingesetzt wird, um die Fasern und Fäden in einem Gewebe vorzuwärmen und zu befeuchten, und dann überhitzter Dampf eingesetzt wird, um die erforderliche Feuchtigkeit und Temperatur der Fäden des Gewebes zu erreichen, das erforderliche Thermofixieren und Behandeln der Fasern des Gewebes mit deutlich geringerem Energieverbrauch bei einer deutlich geringeren Prozesszeit als in Verfahren des Standes der Technik erreicht werden kann.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Thermofixieren eines Gewebes der Länge A und Breite B, A > B, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

– Führen des Gewebes in Längsrichtung über ein erstes und zweites Trageelement, die in einem Abstand C voneinander entfernt beabstandet sind, wobei C < A, und
– Anlegen einer längs gerichteten Streckkraft auf das Gewebe, das zwischen dem ersten und zweiten Trageelement aufgehängt ist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
– Aussetzen einer ersten Zone des Gewebes, die sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die erste Zone über mindestens die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in der Längsrichtung erstreckt, gegenüber einem Strom gesättigten Dampfes bei einem Druck von 101,4 bis 120,0 kPa und einer Temperatur von 100 bis 130°C, der durch den Teil des Gewebes geleitet wird, der sich in der ersten Zone befindet, und
– Aussetzen einer zweiten Zone des Gewebes, die der ersten Zone nachgeschaltet ist und sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die zweite Zone über mindestens die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, gegenüber einem Strom überhitzten Dampfes bei einem Druck von 101,4 bis 120,0 kPa und einer Temperatur von 160 bis 200°C, der durch den Teil des Gewebes geleitet wird, der sich in der zweiten Zone befindet.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Thermofixieren eines Gewebes der Länge A und Breite B, A > B, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst:

– ein erstes (2A) und zweites (2B) Trageelement, die in einem Abstand C voneinander entfernt beabstandet sind, wobei C < A ist, und
– ein Bewegungs- und Strecksystem, das in der Lage ist, das Gewebe bei einer gesteuerten Geschwindigkeit und Spannung in Längsrichtung über die Trageelemente laufen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung weiterhin umfasst:
– einen ersten Dampfkasten (3), der das Gewebe an einer ersten Zone einschließt, die sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die erste Zone mindestens über die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, und wobei der erste Dampfkasten Folgendes umfasst:
– einen Einlass (4) zum Einblasen von gesättigtem Dampf an einem ersten Ende des ersten Dampfkastens, das einer ebenen Oberfläche des Gewebes zugewandt ist,
– einen Auslass (5) zum Abziehen von Kondensat und verbrauchtem Dampf an einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des Dampfkastens und
– eine Öffnung (6) mit einer flexiblen Dichtung (7) an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des ersten Dampfkastens, die erlaubt, dass das Gewebe durch das Innere des ersten Dampfkastens zwischen dem Einlass (4) und dem Auslass (5) hindurchtritt, und
– einen zweiten Dampfkasten (10), der das Gewebe an einer zweiten Zone einschließt, die der ersten Zone nachgeschaltet ist und sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die zweite Zone mindestens über die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, und wobei der zweite Dampfkasten Folgendes umfasst:
– einen Einlass (11) zum Einblasen von überhitztem Dampf an einem ersten Ende des zweiten Dampfkastens, das einer ebenen Oberfläche des Gewebes zugewandt ist,
– einen Auslass (12) zum Abziehen von verbrauchtem Dampf an einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des zweiten Dampfkastens und
– eine Öffnung (13) mit einer flexiblen Dichtung (14) an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des zweiten Dampfkastens, die erlaubt, dass das Gewebe durch das Innere des zweiten Dampfkastens zwischen dem Einlass (11) und dem Auslass (12) hindurchtritt.

Der Begriff „Gewebe”, wie er hier verwendet wird, bedeutet jegliche Papiermaschinenbespannung, die im Papierbildungsabschnitt einer Papiermaschine eingesetzt wird, und kann z. B. Formgewebe, Pressfilze, Trocknungsfilze etc. sein. Das Gewebe kann ein gewebtes, gestricktes, getuftetes, nicht gewebtes oder jegliches anderes bekanntes oder denkbares Gewebe sein, das zur Verwendung im Papierbildungsabschnitt einer Papiermaschine geeignet ist. Das Gewebe ist üblicherweise eine rechteckige Bahn mit Länge A größer als Breite B. Das Gewebe kann jegliche Länge A und Breite B haben und eine Einzellage, Doppellage oder jegliche andere Anzahl von Lagen sein, die zur Verwendung in bekannten oder denkbaren Papierherstellungsmaschinen geeignet ist.
Der Begriff „Führen des Gewebes in Längsrichtung über ein erstes und zweites Trageelement”, wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass das Gewebe in seiner gesamten Länge von einem Ende über die beiden Trageelemente zu dem gegenüberliegenden Ende bewegt wird. Dadurch wird das gesamte Gewebe oder wenigstens nahezu das gesamte Gewebe einem Aufhängen mit einer gewissen Spannung zwischen den beiden Trageelementen ausgesetzt und dadurch der Dampfbehandlung an der ersten und zweiten Zone ausgesetzt. Der Begriff „Längsrichtung”, wie er hier verwendet wird, bedeutet die Richtung parallel zum kürzesten Abstand zwischen den beiden Trageelementen. Der Begriff „Endlosband”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet das Gewebe in Fällen, in denen es auf sich selbst geschlossen ist, um ein flaches Band zu bilden, das auf einem Paar Walzen angebracht werden kann. In diesem Fall stellen die Walzen die Trageelemente dar. Die Geschwindigkeit des Gewebes in Längsrichtung kann im Bereich von 0,1–1,0 m/s liegen, wahlweise von 0,1–0,8 m/s, von 0,2–0,7 m/s oder 0,2–0,5 m/s.
Der Begriff „erste Zone”, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine virtuelle Ebene unmittelbar über und parallel zu der äußeren ebenen Oberfläche einer Seite des Gewebes, das zwischen den beiden Trageelementen aufgehängt ist. Die virtuelle Ebene der ersten Zone kann vorteilhaft einen mehr oder weniger rechteckigen Querschnitt aufweisen, der eine bestimmte Länge (in Längsrichtung) und mindestens die gesamte Breite B (um zu ermöglichen, dass das Gewebe durch die Zone hindurch tritt) des Gewebes umfasst, das zwischen den beiden Trageelementen aufgehängt ist. Die Position der virtuellen Ebene der ersten Zone ist bezogen auf die beiden Trageelemente fest, so dass, wenn das Gewebe in Längsrichtung in Bewegung gesetzt wird, ein Abschnitt des Bandes kontinuierlich durch den Bereich unter der virtuellen Ebene hindurch tritt, der die erste Zone darstellt. Daher ist in der Praxis die erste Zone der Teil des Gewebes, der sich in dem ersten Dampfkasten befindet.
Der Begriff „zweite Zone”, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine virtuelle Ebene unmittelbar aber und parallel zu der äußeren ebenen Oberfläche einer Seite des Gewebes, das zwischen den beiden Trageelementen aufgehängt ist. Die virtuelle Ebene der zweiten Zone kann vorteilhaft einen mehr oder weniger rechteckigen Querschnitt aufweisen, der eine bestimmte Länge (in Längsrichtung) und mindestens die gesamte Breite B (um zu ermöglichen, dass das Gewebe durch die Zone hindurch tritt) des Gewebes umfasst, das zwischen den beiden Trageelementen aufgehängt ist. Die Position der virtuellen Ebene der zweiten Zone ist bezogen auf die beiden Trageelemente fest, so dass, wenn das Gewebe in Längsrichtung in Bewegung gesetzt wird, ein Abschnitt des Bandes zuerst kontinuierlich durch den Bereich unter der virtuellen Ebene hindurch tritt, die die erste Zone darstellt, die erste Zone verlässt und dann durch den Bereich unter der virtuellen Ebene hindurch tritt, die die zweite Zone darstellt. Daher ist in der Praxis die zweite Zone der Teil des Gewebes, der sich in dem zweiten Dampfkasten befindet.
Der Begriff „gesättigter Dampf”, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Gasphase von Wasser im Gleichgewicht mit erwärmten Wasser, d. h. Dampf, der nicht über die Siedepunkttemperatur von Wasser beim tatsächlichen Druck erwärmt wurde. Daher ist die Temperatur von gesättigtem Dampf beim ambienten atmosphärischen Druck nahe 100°C und kann bis zu 130°C sein, oder wahlweise in einem der folgenden Bereiche: 110–120°C, 105–115°C und 105–110°C. Der Druck des gesättigtem Dampfes kann in einem der folgenden Bereiche liegen: 101,4 bis 120,0 kPa, 101,4 bis 115,0 kPa, 101,5 bis 110,0 kPa und 101,5 bis 105,0 kPa, wobei die Einheit kPa 10³ Pascal ist. Gesättigter Dampf bildet sofort kondensiertes Wasser auf jeglicher Oberfläche, die eine Temperatur unter dem Siedepunkt von Wasser beim tatsächlichen Druck aufweist.
Der Begriff „überhitzter Dampf”, wie er hier verwendet wird, bedeutet Dampf, der eine höhere Temperatur als der Siedepunkt von Wasser beim tatsächlichen Druck aufweist. Der überhitzte Dampf ist daher untersättigt und bildet deshalb üblicherweise kein kondensiertes Wasser, wenn er mit einer Oberfläche in Kontakt tritt. Überhitzter Dampf neigt stattdessen dazu, Wasser auf der ihm ausgesetzten Oberfläche zu verdampfen. Daher kann überhitzter Dampf vorteilhaft eingesetzt werden, um gleichzeitig den Feuchtigkeitsgehalt des Gewebes einzustellen und die Fasern der Basislage auf die zum Thermofixieren erforderliche Temperatur zu erwärmen. Die erforderliche Temperatur zum Erreichen der Thermofixierung hängt davon ab, aus welchem Material die Fäden in der Basislage hergestellt sind, aber liegt für herkömmliche Pressfilze, wie sie derzeit eingesetzt werden, üblicherweise in einem der folgenden Bereiche: 160–200°C, 170–190°C und 175–185°C. Die Verwendung von überhitztem Dampf außerhalb dieses Bereichs ist jedoch in Fällen vorgesehen, in denen die Fäden der Basislage eine Thermofixiertemperatur außerhalb dieses Bereichs erfordern. Der Druck des überhitzten Dampfes kann in einem der folgenden Bereiche liegen: 101,4 bis 120,0 kPa, 101,4 bis 115,0 kPa, 101,5 bis 110,0 kPa und 101,5 bis 105,0 kPa, wobei die Einheit kPa 10³ Pascal ist.
Das Gewebe hat eine Temperatur relativ nahe der Temperatur der Umgebungsluft, wenn es in die erste Zone eintritt, und hat daher eine Temperatur deutlich unter dem Siedepunkt von Wasser. Dies bewirkt, dass gesättigter Dampf, der mit der Oberfläche der Fasern des Gewebes in Kontakt tritt, kondensiert, bis die Faserns auf die Siedepunkttemperatur von Wasser erwärmt sind. Die erforderliche Wärmeenergie zum Erwärmen der Fasern bis zur Siedepunkttemperatur von Wasser ist üblicherweise ausreichend, um einen Film freien Wassers auf den Faseroberflächen zu bilden, der den Effekt, die Faseroberfläche zu befeuchten, und einen Schmiereffekt hat, der die Kräfte verringert, die zum Strecken und Stabilisieren der Fasern notwendig sind. Die Wasserabsorption weicht außerdem die Fasern auf und trägt zur weiteren Verringerung der notwendigen Spannungs- und Streckkraft bei.
Ein Vorteil des Einsatzes von gesättigtem Dampf zum Erwärmen und Befeuchten des Gewebes ist, dass die Wärmeübertragung von einer gesättigten Dampfphase auf eine feste Phase (die Fasern) sehr schnell und effizient ist und dass der Dampf leicht in die Fasern eindringt und durch die Faserlagen strömt und daher effektiv die Fasern in jeder Lage des Gewebes erreicht. Der gesättigte Dampf erwärmt daher das Gewebe in der ersten Zone auf viel schnellere und energieeffizientere Art als Lösungen des Standes der Technik, die auf der Verwendung von beheizten Rollen zum Erwärmen basieren.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von gesättigtem Dampf ist, dass die zum Erwärmen der Fasern bis zur Siedepunkttemperatur erforderliche Energie oft ausreichend ist, um zu überschüssiger Kondensation von Wasser zu führen, wodurch ein Fluss von Wasser durch das Gewebe in der ersten Zone gebildet wird. Dieser Wasserfluss kann aufgrund des kombinierten Effekts der relativ heißen Temperatur und des fließenden Wassers einen Abspüleffekt erzeugen, wodurch die Oberflächen der Fasern von Schmierrückständen gereinigt werden, die aus der Herstellung der Fasern (der Faserextrusion) stammen. Dieser Wascheffekt kann als wahlweise Ausführungsform der Erfindung verstärkt werden, indem ein zusätzlicher Spritzstrahl von gesättigtem Dampf von einem Satz Düsen aufgenommen wird, die sich über dem Gewebe in der ersten Zone befinden, um sicherzustellen, dass praktisch jede Faser des Gewebes bis zur Siedepunkttemperatur von Wasser erwärmt wird und von kondensiertem Dampf maximal befeuchtet wird.
Im Fall des Behandelns eines Pressfilzes haben die Fasern sowohl in der gesamten Faserflorals auch der Basislage des Pressfilzes eine Temperatur nahe unterhalb der Siedepunkttemperatur von Wasser (beim tatsächlichen Druck) und sind mit Feuchtigkeit gesättigt, wenn sie die erste Zone verlassen. Es kann vorteilhaft sein, vor Eintritt in die zweite Zone und dem Streckprozess (Thermofixieren) einen Schritt der Dickenkompression der Faserstruktur des Pressfilzes als erste Stufe der Gewebeelastizitätsbehandlung einzubinden. Diese Kompression kann in einer wahlweisen Ausführungsform erreicht werden, indem z. B. ein Paar Presswalzen eingesetzt wird, die der ersten Zone nachgeschaltet und der zweiten Zone vorgeschaltet sind, d. h. zwischen den beiden Dampfbehandlungsstufen.
Der Feuchtigkeitsgehalt der Faser nach dem Verlassen der ersten Zone ist üblicherweise höher als benötigt, sowohl im Hinblick auf den Schmiereffekt während des Thermofixierens als auch im Hinblick auf Kundenanforderungen an das fertige Gewebe. Es ist daher notwendig, den Feuchtigkeitsgehalt vor dem Beenden der Behandlung des Gewebes zu verringern. Der übermäßig hohe Feuchtigkeitsgehalt ist kein Merkmal, das nur in dem Verfahren gemäß dieser Erfindung vorhanden ist; Lösungen des Standes der Technik basierend auf beheizten Walzen beinhalten das Befeuchten des Gewebes durch Verwendung von flüssigem Wasser, was zu einem höheren Feuchtigkeitsüberschuss als im vorliegenden Verfahren führt. Daher stellt das Merkmal der Verwendung von gesättigtem Dampf zum Erwärmen und Befeuchten der Fasern den Vorteil gegenüber Lösungen des Standes der Technik bereit, dass aufgrund des verringerten Bedarfs des Verdampfens von überschüssigem Wasser aus dem Gewebe Energie gespart wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Verdampfen des überschüssigen Wasser von den Faseroberflächen durch Verwendung eines Stroms überhitztem Dampfes, der durch das Gewebe geleitet wird. Dieses Merkmal sorgt aufgrund des Eindringens des überhitzten Dampfes in das Gewebe für einen effektiven und schnellen Arbeitsmechanismus zur gleichzeitigen Verdampfung von überschüssigem Wasser und Erwärmung auf die Thermofixiertemperatur praktisch aller Fasern in allen Lagen des Gewebes, die sich unter der zweiten Zone befinden.
In der Praxis wird der überhitzte Dampf, während er durch das Gewebe in der zweiten Zone tritt, auf oder relativ nahe an seine Sättigungstemperatur abgekühlt. Dies stellt einen Vorteil darin bereit, dass eine einzige Zufuhr von Dampf eingesetzt werden kann, um der zweiten Zone (zweiter Dampfkasten) überhitzten Dampf zuzuführen und dann den Dampf als gesättigten Dampf in der ersten Zone (erster Dampfkasten) wiederzuverwenden. Dies kann erreicht werden, indem der Auslass für gebrauchten Dampf aus der zweiten Zone (Dampf kasten) mit dem Einlass für Dampf in die erste Zone (erster Dampfkasten) verbunden wird.
Es kann vorteilhaft sein, Mittel zum Überwachen/Messen der Temperatur des Gewebes in der und/oder verlassend die zweite(n) Zone aufzunehmen und die Temperaturinformationen einzusetzen, um die Zufuhrgeschwindigkeit und/oder Temperatur des überhitzten Dampfes, der der zweiten Zone (zweiter Dampfkasten) zugeführt wird, zu regulieren. Es ist vorgesehen, Wärmetauscher oder jegliches anderes bekanntes oder denkbares Mittel einzusetzen, um die Temperatur des überhitzten Dampfes zu regulieren, der durch das Endlosband an der zweiten Zone geleitet wird. Es kann auch vorteilhaft sein, Mittel zum Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts des Gewebes, das die zweite Zone verlässt, und Mittel zum Regulieren der Zuführgeschwindigkeit und Temperatur des überhitzten Dampfes entsprechend dem gemessen Feuchtigkeitsgehalt aufzunehmen. Diese Regulierung kann sowohl mit dem Bedarf nach Erhalt der korrekten Thermofixiertemperatur als auch Feuchtigkeitsgehalt erfolgen.
Die Erfindung kann auch eine herkömmliche abschließende Oberflächenbehandlung des Gewebes umfassen, z. B. indem ein Satz beheizter Presswalzen, der der zweiten Zone nachgeschaltet ist, vorgesehen wird. Diese Presswalzen können vorteilhaft durch die gleiche Zufuhr von überhitztem Dampf erwärmt werden, die der zweiten Zone Dampf zuführt.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sie einfach mit bestehender Infrastruktur/bestehenden Einrichtungen zum Thermofixieren von Geweben implementiert werden kann, da die mechanische Konstruktion der verschiedenen Hauptkomponenten der Einrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mehr oder weniger ähnlich zu bisher verwendeter Ausrüstung für Gewebeendbearbeitungsmaschinen sind. Das neue Konzept stellt daher keine neuen Herausforderungen betreffend die mechanische Konstruktion der kompletten Maschine dar, abgesehen von den Dampfkästen und ihren Hilfsgeräten.
Liste der Figuren
1 ist eine schematische Zeichnung einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, von der Seite gesehen.
2 ist eine schematische Zeichnung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, von der Seite gesehen.
3 ist eine schematische Zeichnung einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, von der Seite gesehen.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung wird detaillierter durch beispielhafte Ausführungsformen im Fall von thermofixierenden Pressfilzen beschrieben. Dies soll jedoch nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung auf Thermofixieren nur von Pressfilzen verstanden werden, prinzipiell kann jegliches Gewebe mit der vorliegenden Erfindung behandelt werden.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt ist schematisch in 1 dargestellt, wobei Bezugsziffer 1 der Pressfilz ist, der mit einer Spannung über zwei Trageelemente 2a und 2b aufgehängt wird, die schematisch als Dreiecke gezeigt sind. Das Gewebe wird in der durch den großen Pfeil angedeuteten Richtung bewegt. Aufgrund seiner Drehbewegung tritt das Gewebe durch die Öffnung 6 in den ersten Dampfkasten 3 ein, der durch die flexible Dichtung 7 im Wesentlich gasdicht gemacht ist, und verlässt den Dampfkasten 3 durch die Öffnung 8 mit der flexiblen Dichtung 9. In einem ersten Ende, das der Außenfläche des Gewebes zugewandt ist, weist der Dampfkasten 3 einen Einlass zum Zuführen von gesättigtem Dampf auf, der dazu gebracht wird, durch das Gewebe in dem Dampfkasten und weiter zum Auslass 5 am dem ersten Ende des ersten Dampfkastens entgegen gesetzten Ende zu strömen. Nachdem es den ersten Dampfkasten 3 verlassen hat, tritt das Gewebe durch die Öffnung 13 mit der flexiblen Dichtung 14 in den zweiten Dampfkasten 10 ein und verlässt den Dampfkasten durch die Öffnung 15 mit der flexiblen Dichtung 16. In einem der Außenfläche des Gewebes zugewandten ersten Ende weist der Dampfkasten 10 einen Einlass 11 zum Zuführen von überhitztem Dampf auf, der dazu gebracht wird, durch den Teil des Gewebes, das sich in dem zweiten Dampfkasten befindet, und weiter zum Auslass 12 zu strömen, der sich an dem dem ersten Ende des zweiten Dampfkastens entgegengesetzten Ende befindet.
In 1 sind die Einlässe und Auslässe beider Dampfkästen so angeordnet, dass der Dampf auf die Außenfläche des Gewebes strömt, durch das Gewebe strömt und es von seiner inneren Oberfläche her verlässt. Dies ist nicht zwingend erforderlich; der Dampf kann ebenso gut in umgekehrter Richtung strömen. Das wesentliche Merkmal ist, dass der Dampf dazu gebracht wird, von einer Seite zur anderen durch das Gewebe zu strömen, um alle Lagen des Pressfilzes zu behandeln.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in 2 dargestellt. In diesem Fall ist das Gewebe ein Pressfilz 1, der als Endlosband auf zwei Walzen 2a und 2b angebracht ist. Das Endlosband wird in der durch den großen Pfeil angedeuteten Richtung in eine Drehbewegung versetzt. Aufgrund seiner Drehbewegung tritt das Endlosband durch die Öffnung 6, die durch die flexible Dichtung 7 im Wesentlichen gasdicht gemacht ist, in den ersten Dampfkasten 3 ein und verlässt den Dampfkasten 3 durch die Öffnung 8 mit der flexiblen Dichtung 9. Der erste Dampfkasten 3 ist mit dem ersten Dampfkasten der in 1 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform identisch.
Der zweite Dampfkasten 20 ist jedoch durch die Trennwand 27 und die flexible Dichtung 28, die den Raum des zweiten Dampfkastens 20 zwischen dem ersten Ende und dem Endlosband in zwei Abteilungen teilen, in den vorgeschalteten Feuchtigkeitsreduzierabschnitt 30 und den Erwärmabschnitt 29 getrennt. Wie in der Figur zu sehen, ist der Einlass 21 für überhitzten Dampf so angeordnet, dass er den nachgeschalteten Abschnitt 29 mit überhitztem Dampf versorgt, der dazu gebracht wird, durch das Endlosband in diesem Abschnitt und nach unten zum niedrigeren Teil 31 des Dampfkastens 20 zu strömen. Dann wird der Dampf dazu gebracht, nochmals durch das Endlosband zu strömen, aber jetzt durch den Teil des Bandes unter dem vorgeschalteten Abschnitt 30 und weiter durch den nachgeschalteten Abschnitt 30 und in Ausgang 22.
Die Teilung der zweiten Zone in zwei Abschnitte kann dadurch erreicht werden, dass sowohl der Einlass als auch der Auslass an demselben Ende des Dampfkastens mit jedem der beiden Abteilungen verbunden werden, die dadurch gebildet werden, dass der Innenraum des Dampfkastens zwischen den Einlässen und dem Endlosband durch eine Trennwand getrennt wird, die quer zur Bewegungsrichtung des Endlosbandes ausgerichtet ist und sich von dem Ende des Dampfkastens ganz bis zur Oberfläche des Endlosbandes erstreckt. Die Trennwand kann vorteilhaft an dem Ende, das dem Endlosband zugewandt ist, eine flexible Dichtung aufweisen, um einen im Wesentlichen gasdichten Abschluss gegen das Endlosband zu erhalten.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Die dritte beispielhafte Ausführungsform, die schematisch in 3 gezeigt ist, ist eine Ausführungsform, die auf einer herkömmlichen Anordnung für Aufbau, Rotation und Strecken des Pressfilzes basiert, wobei der Pressfilz 101 so angeordnet ist, dass er ein Endlosband über zwei Walzen 102a, 102b bildet. Die Walze 102b weist Antriebseinheiten mit exakter Geschwindigkeits- und Spannungssteuerung auf Der Pressfilz wird während der Wärmebehandlung durch gesteuerte Streckwalzenbewegung während der Pressfilzdrehung unter einer bestimmten definierten Spannung gehalten oder wahlweise auf vorgegebene Längen eingestellt. Die lineare Pressfilzgeschwindigkeit beträgt typischerweise 1 m/s oder weniger. Die Walzen haben keine Anordnung zum Erwärmen oder Abkühlen. Sowohl die lineare Bahngeschwindigkeit als auch die Überhitztemperatur können zur Einstellung der Wärmebelastung und Trocknungsgeschwindigkeit gesteuert werden.
In dieser Ausführungsform sind der erste und zweite Dampfkasten 104, 105 über ein Rohr 103 so verbunden, dass der den zweiten Dampfkasten 105 verlassende Dampf als gesättigte Dampfzufuhr zum Erwärmen in zwei Stufen durch gesättigten und überhitzten Dampf für den ersten Dampfkasten 104 eingesetzt wird. Der zweite Dampfkasten ist in drei Strömungspfade geteilt, wobei die ersten und zweiten Pfade zum Bahntrocknen dienen und der dritte durch Verwendung von zwei Trennwänden 106 und 107 zum Thermofixieren dient. Zwischen dem ersten und zweiten Dampfkasten befindet sich ein Paar Verdichtungswalzen 108 zum Verdichten des Pressfilzes, wenn er feucht und auf etwa 100°C erwärmt ist.
Der Dampf wird von einem herkömmlichen öl- oder gasgefeuerten Boiler (nicht gezeigt) zur Erzeugung von gesättigtem Dampf geliefert und bei 10 bar Druck und 180°C zugeführt. Die Ausflussströme von den Dampfkästen sind sowohl sauberes als auch verunreinigtes Kondensat, wobei der erste der größte ist. Die Verunreinigungen stammen im Wesentlichen aus der vorgeschalteten Faser- und Bahnherstellung.
Der kalte Pressfilz tritt in den Befeuchtungs- und Erwärmabschnitt (erster Dampfkasten 104) ein, wo der Pressfilz von Dampf aus dem zweiten Dampfkasten 105 erwärmt wird. Der Dampf kondensiert auf der Faseroberfläche und befeuchtet die Oberfläche während des Erwärmens, solange die Oberflächentemperatur unter 100°C liegt. Der Kondensations- und Erwärmvorgang dauert an, bis 100°C erreicht sind, die Faseroberfläche gesättigt ist und eine Schicht freien Wassers auf den Fasern aufgebaut ist. Der Wärmeübertragungsvorgang ist sehr effizient und erwärmt die Bahn schnell auf 100°C. Der Kondensatfilm befeuchtet die Faseroberfläche und schmiert die Fasern zur Verringerung der für das Strecken und Stabilisieren des Pressfilzes notwendigen Kräfte. Die Wasserabsorption weicht außerdem die Fasern auf und trägt zu einer weiteren Verringerung der notwendigen Spannungs- und Streckkraft bei.
Die Dampfzufuhr an den Erwärmabschnitt (erster Dampfkasten 104) wird mit einer Temperatur über, aber nahe der Sättigung, d. h. „leicht” überhitzt, im Wesentlichen von dem Trocknungsabschnitt (zweiter Dampfkasten 105) abgezogen. Der überhitzte Dampf wird durch ein Kondensat-Sprühdüsensystem 109 bis zur Sättigung abgekühlt oder befeuchtet.
Mitgerissene Luft wird an der Oberseite des ersten Dampfkastens durch Verwendung eines Gasauslasses 117 abgelassen. Eine Trennwand 115 ist so eingeführt, dass ein Abzweig der Kondensatsprühdüsen 109 Luft aus dem Pressfilz heraustreiben und sie nach oben zum Auslass 117 transportieren kann. Der Dampfdruck in diesem Abschnitt ist nahe dem Atmosphärendruck (1,05 bar, entspricht 106 kPa) mit einem leichten Überdruck zur Vermeidung des Eintretens von Luft. Dichtungslippen am Eingang und Ausgang minimieren die Dampfverluste aus dem Dampfkasten. Das Kondensat wird durch eine Kondensatfalle aus der Bodenwanne abgelassen und an ein Schmutzkondensat-Behandlungssystem {nicht gezeigt) geführt.
Eine gewisse Dickenkompression der Bahnstruktur kann vor oder in Kombination mit dem Streckprozess als erste Stufe der Pressfilzelastizitätsbehandlung vorteilhaft sein. Diese Kompression wird erreicht, indem der Pressfilz durch einen Walzenpressspalt geführt wird. Die Walzen 108 befinden sich in dem Durchgang zwischen dem ersten und zweiten Dampfkasten oder wahlweise im ersten oder zweiten Dampfkasten. Für die erste Option ist ein weiterer Satz Dampfkastendichtungen erforderlich, um das Ausströmen von Dampf zu vermeiden. Daher läuft der Pressfilz nach dem Durchtreten des ersten Dampfkastens 104 durch die Verdichtungswalzen 108 und tritt dann in Strömungspfad eins im zweiten Dampfkasten 105 mit nasser Oberfläche und einer Temperatur nahe der Dampfsättigung ein.
Der zweite Dampfkasten 105 wird zum Anfahren und zur Drucksteuerung mit überhitztem Dampf aus der Rohrleitung 112, die mit einem Joule-Thomson-Ventil (J-T-Ventil) ausgerüstet ist, bei etwa 180°C und einem Druck von etwa 1,05 bar versorgt. Während des normalen Betriebs wird der zweite Dampfkasten 105 durch die Rohrleitung 116 mit Joule-Thomson-Ventil (J-T-Ventil) bei etwa 180°C und einem Druck von etwa 1,05 bar versorgt. Die Trocknungsdampftemperatur wird durch einen Flossehrohr-Wärmetauscher 133 aufrechterhalten, der sich im Strömungspfad zwei befindet. Der Trocknungsdampf wird von oben durch den Pressfilz zirkuliert, von der Bodenwanne umgedreht und im Strömungspfad eins durch einen geringen Überdruck rezykliert, der durch die Umlüfter 144 erzeugt wird. Dieser Zyklus (Strömungspfade eins und zwei mit dem Wärmetauscher) steuern den Trocknungsprozess. Die Strömung nach oben und unten stellt eine gewisse Druckbalance sicher, um einen zu großen Druck auf den Dichtungslippen zu vermeiden. Die Bahn verlässt den Trocknungsabschnitt mit einer Temperatur nahe 100°C und ohne freies Wasser auf den Pressfilzfasern.
Nach dem Trocknen tritt die Bahn in Strömungspfad drei in dem zweiten Dampflasten ein, wo der Pressfilz durch den Flossenrohrwärmetauscher 116 der zweiten Reihe von etwa 100°C auf die Endbearbeitungstemperatur von etwa 165°C erwärmt wird. Die Bahn wird durch den Konvektionsstrom durch die Bahn erwärmt, was wegen der sehr niedrigen konduktiven Wärmeübertragungsgeschwindigkeit für die trockene Bahn essentiell ist. Diese Bahntemperatur ist für die abschließende Streck- und Elastizitätsstabilisierung des Basispressfilzes notwendig. Die tatsächliche Temperatur hängt von den verwendeten Materialien ab und kann variieren.
Der zweite Dampfkasten 105 weist einen geringen Überdruck auf, um das Eintreten von Luft zu verhindern. Der Pressfilz-Austrittsspalt weist Lippendichtungen zum Minimieren des Ausströmens von Dampf in die Umgebung auf. Die Druckdifferenz über die Bahn sollte klein sein, um einen zu starken Druck von der Bahn auf die Dichtungslippen zu vermeiden. Der Pressfilz verlässt den zweiten Dampfkasten 105 mit einer Temperatur, wie sie zum Erreichen der definierten Streckung und Bahnstabilisierung (Längenzunahme) bei der ausgeübten Längsspannung erforderlich ist. Die Funktionsteilung zwischen den Trocknungs- und Thermofixierungsprozessen muss nicht notwendigerweise genau gesteuert werden. Das Hauptziel ist, dass die Bahn getrocknet und wie für die abschließende Thermofixierung benötigt erwärmt wird. Die optimalen Erwärm- und Streckzahlen für üblicherweise verwendete Bahnmaterialien (Polyamid, Polyester) können darauf hindeuten, dass eine durchschnittliche Fasertemperatur im Bereich von 160–170°C liegen sollte. Überschüssiger Dampf und überschüssige Kondensate können durch die Auslässe 117 abgezogen werden.
Die Bahnfasern weisen auf der Oberfläche üblicherweise Schmierrückstände vom Faserextrusionsprozess auf. Diese Rückstände werden durch den anfänglichen Erwärm- und Befeuchtungsprozess aufgeweicht oder verflüssigt und können durch das Dampfkondensat teilweise abgewaschen werden. In dieser Ausführungsform wird die Bahn zusätzlich durch eine Gruppe von Dampfsprühdüsen 109 gereinigt, die über die Breite des Dampfkastens 104 installiert sind. Eine typische Düseninstallation kann 4 Düsen pro Meter Breite sein, aber dies hängt von dem tatsächlichen Düsensprühmuster ab. Gesättigter Dampf bei 3–5 bar Druck wird vom Dampfnetzwerk zugeführt. Diese Sprühdüsen entfernen auch andere Fremdsubstanzen. Der Dampfverbrauch beträgt 4–10 g/s pro Düse. Diese Sprühdampfmenge trägt zu dem Erwärm- und Befeuchtungsprozess in Abschnitt 1 bei, macht aber weniger als 10 Prozent des Dampfenergiebedarfs aus.
Die Dampfkastenwärmetauscher werden von einem einfachen gesättigten 10 bar-Dampfboiler mit Dampf versorgt. Überhitzter Dampf wird erzeugt, indem der Druck des gesättigten Dampfes durch ein J-T-Drosselventil von 10 bar auf 1,05 bar abgebaut wird, was zu überhitztem Dampf mit einer Temperatur von etwa 180°C führt.
Während des normalen Betriebs im statianären Zustand wird dem Dampfkasten kein überhitzter Dampf zugeführt. Der Dampfstrom vom zweiten zum ersten Dampfkasten entspricht üblicherweise der Feuchtigkeitsmenge, die im Trocknungsströmungspfad von der Bahn verdampft wird. Dieser Betrag entspricht ungeführt der zum Erwärmen und Befeuchten der Bahn in Abschnitt 1 erforderlichen Wärmeenergie. Wenn der Dampfstrom vom zweiten Dampfkasten zu gering ist, kann dem ersten Dampfkasten 104 durch die direkte 1,05 bar-Leitung 112 zusätzliche Energie zugeführt werden. Wenn der Energiefluss zu hoch ist, muss Dampf aus dem Dampfkasten 1 abgelassen werden. Der abgelassene Dampf kann zu einem Dampfverbraucher außerhalb der Streckmaschine geleitet werden.
Der den Dampfkasten verlassende Pressfilz wird in Kontakt mit der umgebenden Luft oder, falls notwendig, von Kühlgebläsen, die Luft durch den Pressfilze blasen (nicht gezeigt), auf eine Temperatur unter der Fließgrenze (oder Glaspunkt) abgekühlt.
Die herkömmliche Endbearbeitungsmaschine benutzt die heiße Walze für die abschließende Oberflächenbehandlung des papierseitigen Faserflors eines Pressfilzes. Die dritte Ausführungsform der Erfindung benutzt eine dampferwärmte „Heißwalze” (nicht gezeigt) zur Oberflächenbehandlung von Pressfilzen. Diese Heißwalze erwärmt die äußeren Fasern bei einem bestimmten Druck auf die Fließtemperatur, was die Faserfloroberfläche ebnet oder glättet. Die Heißwalze ist im Betreib die ganze Zeit heiß.
Bestätigung der Erfindung
Eine Schätzung des Energieverbrauchs beim Behandeln eines Pressfilzes in einer Ausführungsform ähnlich der dritten beispielhaften Ausführungsform wurde durchgeführt. Die Länge der ersten Zone und der zweiten Zone betrugen 350 bzw. 400 mm.

Die Wärmeübertragungsschätzung basiert auf den folgenden Hauptdaten:

Lineare Bahngeschwindigkeit:	0,5 m/s
Bahndicke:	3,5 mm
Bahnporosität (Hohlraum):	60%
Druckdifferenz über die Bahn:	300 Pa
Faserflorbahnfilamentdicke:	0,1 mm (96 den)
Basisbahnfilamentdurchmesser:	0,7 mm (4725 den)
Durchschnittliche Dampfgeschwindigkeit:	0,3 m/s (durch die Bahn)

Diese Daten gelten für einen typischen Pressfilz. Strömungsmessungen werden mit einem Nebb-Permeabilitätsmessgerät durchgeführt. Andere Filzdaten ergeben unterschiedliche Dimensionen.
Nach dem anfänglichen Aufwärmen der Maschine beträgt der hauptsächliche Energieverbrauch:

Erwärmen der trockenen Bahn: 60 kWh

Trocknen des freien Wassers: 75 kWh

El-Motoren: 60 kWh

Wärmeverluste: 20 kWh

Summe: 215 kWh
Dieser Wert gilt für die Endbearbeitung eines typisches Pressfilzes von 14 m Breite und 30 m Länge. Der Energieverbrauch hängt stark von der zum Befeuchten der Bahn benötigten Wassermenge ab, da diese Menge den Trocknungsenergiebedarf dominiert. Die Pressfilzbefeuchtung wird mit 16% (des Trockengewichts) angenommen. Die Zykluszeit beträgt etwa 70 Minuten, einschließlich Filzinstallations- und -entfernungszeiten.
Literaturangaben

1. Sabit Adanur, „Paper Machine Clothing", Techonomic Publishing Company Inc., Lancaster, Pennsylvania, USA, 1997, S. 170.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19941593 [0010]
US 4718257 [0011]
GB 844320 [0012]

Claims

Verfahren zum Thermofixieren eines Gewebes der Länge A und Breite B, A > B, wobei das Verfahren umfasst: – Führen des Gewebes in Längsrichtung über ein erstes und zweites Trageelement, die in einem Abstand C voneinander entfernt beabstandet sind, wobei C < A, und – Anlegen einer längs gerichteten Streckkraft auf das Gewebe, das zwischen dem ersten und zweiten Trageelement aufgehängt ist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: – Aussetzen einer ersten Zone des Gewebes, die sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die erste Zone über mindestens die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in der Längsrichtung erstreckt, gegenüber einem Strom gesättigten Dampfes bei einem Druck von 101,4 bis 120,0 kPa und einer Temperatur von 100 bis 130°C, der durch den Teil des Gewebes geleitet wird, der sich in der ersten Zone befindet, und – Aussetzen einer zweiten Zone des Gewebes, die der ersten Zone nachgeschaltet ist und sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die zweite Zone über mindestens die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, gegenüber einem Strom überhitzten Dampfes bei einem Druck von 101,4 bis 120,0 kPa und einer Temperatur von 160 bis 200°C, der durch den Teil des Gewebes geleitet wird, der sich in der zweiten Zone befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – sich die Temperatur des gesättigten Dampfes in einem der folgenden Bereiche bewegt: 110–120°C, 105–115°C und 105–110°C und – sich der Druck des gesättigten Dampfes in einem der folgenden Bereiche bewegt: 101,4 bis 120,0 kPa, 101,4 bis 115,0 kPa, 101,5 bis 110,0 kPa und 101,5 bis 105,0 kPa.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei – sich die Temperatur des überhitzten Dampfes in einem der folgenden Bereiche bewegt: 170–190°C und 175–185°C und – sich der Druck des überhitzten Dampfes in einem der folgenden Bereiche befindet: 101,4 bis 120,0 kPa, 101,4 bis 115,0 kPa, 101,5 bis 110,0 kPa und 101,5 bis 105,0 kPa.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei sich die Rotationsgeschwindigkeit (d. h. die lineare Gewebegeschwindigkeit) in einem der folgenden Bereiche bewegt; 0,1–1,0 m/s, 0,1–0,8 m/s, 0,2–0,7 m/s und 0,2–0,5 m/s.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der die zweite Zone verlassende Dampf als Quelle für gesättigten Dampf in der ersten Zone eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Temperatur des Gewebes in der und/oder verlassend die zweite Zone überwacht wird und die Temperaturinformationen eingesetzt werden, um die Zufübrgeschwindigkeit und/oder Temperatur des überhitzten Dampfes, der der zweiten Zone zugeführt wird, zu regulieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren auch eine abschließende Oberflächenbehandlung des Gewebes umfasst, indem es durch einen Spalt zwischen einem Satz erwärmter Presswalzen, die der zweiten Zone nachgeschaltet sind, geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das Gewebe eines der folgenden ist: Formgewebe, Pressfilz oder Trocknungsfilz.
Einrichtung zum Thermofixieren eines Gewebes der Länge A und Breite B, A > B, wobei die Einrichtung umfasst: – ein erstes (2A) und zweites (2B) Trageelement, die in einem Abstand C voneinander entfernt beabstandet sind, wobei C < A ist, und – ein Bewegungs- und Strecksystem, das in der Lage ist, das Gewebe bei gesteuerter Geschwindigkeit und Spannung in Längsrichtung über die Trageelemente laufen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung weiterhin umfasst: – einen ersten Dampfkasten (3), der das Gewebe an einer ersten Zone einschließt, die sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die erste Zone mindestens über die gesamte Breite B des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, und wobei der erste Dampfkasten umfasst: – einen Einlass (4) zum Einblasen von gesättigtem Dampf an einem ersten Ende des ersten Dampfkastens, das einer ebenen Oberfläche des Gewebes zugewandt ist, – einen Auslass (5) zum Abziehen von Kondensat und verbrauchtem Dampf an einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des Dampfkastens und – eine Öffnung (6) mit einer flexiblen Dichtung (7) an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des ersten Dampfkastens, die erlaubt, dass das Gewebe durch das Innere des ersten Dampfkastens zwischen dem Einlass (4) und dem Auslass (5) hindurchtritt, und – einen zweiten Dampflasten (10), der das Gewebe an einer zweiten Zone einschließt, die der ersten Zone nachgeschaltet ist und sich zwischen den beiden Trageelementen befindet, wobei sich die zweite Zone mindestens über die gesamte Breite 13 des Gewebes und eine bestimmte Länge des Gewebes in Längsrichtung erstreckt, und wobei der zweite Dampfkasten umfasst: – einen Einlass (11) zum Einblasen von überhitztem Dampf an einem ersten Ende des zweiten Dampfkastens, das einer ebenen Oberfläche des Gewebes zugewandt ist, – einen Auslass (12) zum Abziehen von verbrauchtem Dampf an einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des zweiten Dampfkastens und eine Öffnung (13) mit einer flexiblen Dichtung (14) an jeder von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des zweiten Dampfkastens, die erlaubt, dass das Gewebe durch das Innere des zweiten Dampfkastens zwischen dem Einlass (11) und dem Auslass (12) hindurchtritt.
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei: – der zweite Dampfkasten (10, 20) weiterhin umfasst: – eine Trennwand (27), die sich zwischen den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden des zweiten Dampfkastens befindet und die sich von dem ersten Ende des zweiten Dampfkastens zur ebenen Oberfläche des Endlosbandes erstreckt und dadurch den Innenraum des zweiten Dampfkastens zwischen dem ersten Ende und dem Endlosband in eine erste Abteilung (29) und eine zweite Abteilung (30) trennt, und – eine flexible Dichtung (28), die an dem Ende der Trennwand platziert ist, das der ebenen Oberfläche des Endlosbandes zugewandt ist, und die einen im Wesentlichen gasdichten Abschluss gegen das Endlosband bildet, und – wobei sich der Einlass (4, 21) zum Einblasen von überhitztem Dampf am ersten Ende des zweiten Dampfkastens befindet, so dass er der ersten Abteilung (29) überhitztem Dampf zuführt, und – sich der Auslass (12, 22) zum Abziehen von verbrauchtem Dampf aus dem zweiten Dampfkasten am ersten Ende des zweiten Dampfkastens befindet, so dass er Dampf aus der zweiten Abteilung (30) abzieht.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Einrichtung weiterhin umfasst: – ein Paar erwärmter Presswalzen (117), die dem zweiten Dampfkasten (10, 20, 105) nachgeschaltet sind, und wobei diese Presswalzen von der gleichen Zufuhr überhitzten Dampfes erwärmt werden, die dem zweiten Dampfkasten Dampf zuführt, und – ein Paar Vor-Verdichtungswalzen (108), die sich zwischen dem ersten Dampfkasten (5, 104) und dem zweiten Dampfkasten befinden.
Einrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei: – der dem ersten und zweiten Dampfkasten zugeführte Dampf von einem herkömmlichen öl- oder gasgefeuerten Boiler (109) zugeführt wird, der gesättigten Dampf bei der höchsten erforderlichen Temperatur und einem Druck von 10 bar bereitstellt, und – der Dampf durch die Verwendung von Rohrleitungen zugeführt wird, die mit einem Flusssteuerungsventil und einem Joule-Thomson-Ventil ausgerüstet sind, um die Menge und den Druck des Dampfes zu regulieren, der in die Dampfkästen eintritt.
Einrichtung nach Anspruch 12, wobei der zweite Dampfkasten (10, 20, 105) einen Wärmetauscher (113, 116) mit einem Regulierungssystem zum Steuern der Wärmetauschgeschwindigkeiten umfasst und der sich im Strömungspfad fair den überhitzten Dampf befindet, um eine Regulierung der Temperatur des in das Gewebe eintretenden Dampfes zu erlauben.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung umfasst, die die Temperatur des Endlosbandes überwacht, das den zweiten Dampfkasten (10, 20, 105) verlässt und die die Temperaturdaten dem Regulierungssystem zum Überwachen und Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Endlosbandes und der Spannung, die durch die Walzen an das Endlosband angelegt wird, und/oder dem Regulierungssystem zum Steuern der Wärmetauschgeschwindigkeiten, das sich im Strömungspfad für den überhitzten Dampf in dem zweiten Dampfkasten befindet, liefert.
Einrichtung nach Anspruch 14, wobei der ersten Dampfkasten (5, 104) eine oder mehrere Dampfkondensatdüsen (109) umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8–15, wobei die Trageelemente (2a, 2b) ein Paar Walzen sind und das Gewebe ein Endlosband ist, das über den Walzen angebracht ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8–16, wobei das Gewebe eines der folgenden ist: Formgewebe, Pressfilz oder Trocknungsfilz.