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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Papiermaschinenbespannung, insbesondere ein Formiersieb, für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend eine der Faserstoffbahn zugewandte Papierseite und eine der Faserstoffbahn abgewandte Maschinenseite, wobei die Maschinenseite zumindest teilweise durch mit Maschinenrichtungsfäden verwobene Maschinenquerrichtungsfäden gebildet wird.
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Derartige Papiermaschinenbespannungen sind bereits seit Langem bekannt. In einer Papiermaschine wird regelmäßig eine Faserstoffsuspension, die überwiegend aus Wasser besteht und nur einem geringen Anteil von Fasern aufweist, über einen so genannten Stoffauflauf auf ein Formiersieb aufgebracht. Durch das Formiersieb hindurch wird dann in der Formierpartie der Maschine der Faserstoffsuspension ein Großteil des Wassers entzogen, so dass sich selbige zur Faserstoffbahn verfestigt. Die sich der Formierpartie anschließenden Partien der Maschine, nämlich in der Regel wenigstens eine Pressenpartie und wenigstens eine Trockenpartie, dienen der weiteren Entfeuchtung der Faserstoffbahn. In den jeweiligen Partien der Papiermaschine laufen dabei entsprechende Papiermaschinenbespannungen endlos um. Neben dem Formiersieb in der Formierpartie sind dies in der Regel ein Pressfilz in der Pressenpartie und ein Trockensieb in der Trockenpartie. Diese Bespannungen verscheißen mit der Zeit und müssen daher regelmäßig ausgewechselt werden.
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Ein Nachteil bei dieser konventionellen Herstellung von Faserstoffbahnen, wie insbesondere Papier, liegt in dem relativ hohen Energiebedarf. Ein Teil dieser Energie wird dazu benötigt, die Papiermaschinenbespannungen endlos umlaufen zu lassen. Hierzu werden die Bespannungen über eine Reihe von Walzen geführt, teilweise jedoch auch über statische Elemente, wie zum Beispiel Formierleisten und Saugkästen in der Formierpartie. Dabei kommt es zu nicht unerheblichen Reibungsverlusten.
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Die Reibungsverluste sind dabei nicht über die gesamte Laufzeit der Bespannung hinweg konstant. Insbesondere bei Formiersieben kann beobachtet werden, dass diese während einer initialen Phase, d.h. während einer Phase, in der das Formiersieb noch nicht lange in der Maschine gelaufen ist, ein erhöhtes Lastaufnahmeniveau aufweisen. Woran dies genau liegt, ist bis heute noch nicht bis ins Detail bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energiebedarf für die Herstellung einer Faserstoffbahn zu senken. Insbesondere soll der Energiebedarf gesenkt werden, der dafür benötigt wird, die Bespannung endlos in der Maschine umlaufen zu lassen. Bevorzugt soll der Energiebedarf gesenkt werden, der in der Formierpartie der Maschine zum Antreiben des Formiersiebs benötigt wird, und weiter bevorzugt soll das erhöhte Lastaufnahmeniveau des Formiersiebs während einer initialen Phase gesenkt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und des nebengeordneten Verfahrensanspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Somit wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs beschriebene, gattungsgemäße Papiermaschinenbespannung gelöst, bei der zumindest einige, vorzugsweise die Mehrzahl, weiter bevorzugt alle der Maschinenquerrichtungsfäden porös ausgebildet sind und/oder mit Partikeln gefüllt sind.
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Die Verwendung von porösen Fäden für die Herstellung von Papiermaschinenbespannungen ist per se nicht unbekannt, sondern wurde bereits in der in den 1980‘er Jahren veröffentlichten Druckschrift
DE3409788A1 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. Anders als bei der vorliegenden Erfindung wird in der
DE3409788A1 jedoch ein völlig anderer Grund für den Einsatz solcher Fäden beschrieben, nämlich die Schaffung von Reservoirs, um chemische Behandlungsstoffe, wie zum Beispiel ein Polymerharz zur Erhöhung der Lebensdauer, über einen längeren Zeitraum in der Papiermaschinenbespannung halten zu können. Somit sind die porösen Stellen der Fäden anfänglich, d.h. bei erster Verwendung der Papiermaschinenbespannung, auch nicht leer sondern mit dem abzugebenden chemischen Behandlungsstoff gefüllt. Dieser soll möglichst langsam und gleichmäßig über eine lange Zeitspanne hinweg abgegeben werden. Eine gezielte Verwendung dieser Fäden als Maschinenquerrichtungsfäden auf der Maschinenseite der Bespannung ist in der
DE3409788A1 ebenfalls nicht offenbart.
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Es ist das Verdienst der vorliegenden Erfindung, erkannt zu haben, dass die Verwendung poröser Fäden, insbesondere wenn diese bei der ersten Verwendung der Bespannung leer bzw. nur mit Luft gefüllt sind, als Maschinenquerrichtungsfäden auf der Maschinenseite der Bespannung dazu geeignet sind, den Energieaufwand zu reduzieren, der für das Antreiben der in der Maschine endlos umlaufenden Bespannung benötigt wird. Insbesondere wurde überraschend festgestellt, dass durch die Erfindung das erhöhte Lastaufnahmeniveau in der initialen Phase von Formiersieben merklich reduziert werden kann. Dies führt zu einem positiven Beitrag bei den Bemühungen, den Energieaufwand bei der Herstellung einer Faserstoffbahn zu reduzieren.
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Man erklärt sich diesen Effekt damit, dass während der Verwendung der Bespannung durch Kapillarkräfte Wasser in die Poren eindringt und darin gehalten werden kann, wobei die wassergefüllten Poren die Reibung zwischen der Bespannung und Teilen der Maschine, wie zum Beispiel Formierleisten und Saugkästen, reduzieren.
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Alternativ oder zusätzlich zu den Poren können die Maschinenquerrichtungsfäden auch mit Partikeln gefüllt sein. Anders als bei der Offenbarung der Druckschrift
DE3409788A1 sind diese Partikel jedoch kein chemischer Behandlungsstoff, wie zum Beispiel ein Polymerharz zur Erhöhung der Lebensdauer, der möglichst konstant über einen langen Zeitraum hinweg abgegeben wird, sondern die Partikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind vielmehr derart ausgebildet, dass sie während des Betriebs der Bespannung aus den Fäden im Wesentlichen als Ganzes herausbrechen. Somit können sie laufend an der Oberfläche der Fäden neue Poren bereitstellen, welche dann Wasser einlagern und die Reibung reduzieren können.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Fäden einer Papiermaschinenbespannung in der Regel einen kreisrunden Querschnitt mit einem relativ geringen Durchmesser von deutlich weniger als einem Millimeter aufweisen. Somit sind auch die Poren oder die die Poren im Betrieb der Papiermaschinenbespannung bereitstellenden Partikel relativ klein und können als Mikroporen bzw. Mikropartikel bezeichnet werden. Die Fäden können jedoch auch einen nicht kreisrunden Querschnitt, wie zum Beispiel einen rechteckigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.
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Die Herstellung von porösen Fäden ist in der Druckschrift
DE3409788A1 näher beschrieben. Beispielsweise kann die Faser mit Einschluss einer Komponente hergestellt werden, die durch Wärme oder chemische Mittel anschließend entfernt wird, oder durch Co-Extrusion von reaktiven Komponenten, die bei der Reaktion Poren erzeugen.
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Da bei der vorliegenden Erfindung die Poren vor der ersten Verwendung der Papiermaschinenbespannung vorzugsweise leer bzw. nur mit Luft gefüllt sind, wirken sich diese, anders als die mit einem chemischen Wirkstoff gefüllten Poren der
DE3409788A1 , negativ auf die Zugfestigkeit der entsprechenden Fäden aus. Aus diesem Grund weisen vorzugsweise nur die Maschinenquerrichtungsfäden entsprechende Poren auf, da diese im Vergleich zu den Maschinenrichtungsfäden keine nennenswerte Zuglast mit bestimmungsgemäßen Betrieb der Papiermaschinenbespannung aufnehmen müssen. Mit anderen Worten sind vorzugsweise allenfalls einige, weiter vorzugsweise allenfalls eine Minderheit, noch weiter bevorzugt keine der Maschinenrichtungsfäden porös ausgebildet sind und/oder mit Partikeln gefüllt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Maschinenseite überwiegend von den Maschinenquerrichtungsfäden gebildet. Hierdurch kommt die Bespannung mit den Elementen der Maschine vorwiegend oder sogar ausschließlich mit den Maschinenquerrichtungsfäden in Kontakt, welche erfindungsgemäß porös ausgebildet und/oder mit Partikeln gefüllt sind. Somit kann die Reibung zwischen den Elementen der Maschine und der Papiermaschinenbespannung besonders effektiv reduziert werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Gewebe auf der Maschinenseite der Papiermaschinenbespannung flach oder rund gewoben sein kann. Manche Bespannungen werden bevorzugt flach gewoben, da sie sich auf diese Weise leichter in die Maschine einführen lassen. Allerdings müssen sie dann über eine Nahtstelle in der Maschine geschlossen werden. Bei flach gewobenen Bespannungen entsprechen die Maschinenquerrichtungsfäden den Schussfäden im Webstuhl und die Maschinenrichtungsfäden den Kettfäden. Bei einer rund gewobenen Bespannung ist dies genau umgekehrt. Daher spricht man bei einer flach gewobenen Bespannung, bei der die Maschinenseite überwiegend von den Maschinenquerrichtungsfäden gebildet wird, auch von einem „Schussläufer“. Andernfalls spricht man von einem „Kettläufer“.
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Darüber hinaus sei angemerkt, dass die Papiermaschinenbespannung neben dem Gewebe auf der Maschinenseite auch noch eine weitere Lage auf der Papierseite aufweisen kann, sowie ggf. noch wenigstens eine Zwischenlage zwischen der Papierlage und der Maschinenlage. Diese weitere Lage bzw. Zwischenlage kann zum Beispiel ebenfalls als Gewebelage ausgebildet sein, die mittels Bindefäden mit der Gewebelage auf der Maschinenseite verbunden sein kann, oder als Stapelfaserlage, die zum Beispiel mit der Gewebelage auf der Maschinenseite vernadelt sein kann, oder als ein perforiertes Substrat, wie zum Beispiel eine vorzugsweise Laser-gebohrte Folie, die mit der Gewebelage auf der Maschinenseite thermisch gefügt sein kann.
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Für eine einfache Herstellung sind vorzugsweise die Maschinenquerrichtungsfäden und weiter bevorzugt auch die Maschinenrichtungsfäden extrudierte Monofilamente. Dabei können die Maschinenquerrichtungsfäden und vorzugsweise auch die Maschinenrichtungsfäden überwiegend, vorzugsweise vollständig aus einem Polymerwerkstoff gebildet sind, vorzugsweise aus PA oder PET.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Maschinenquerrichtungsfäden mit einem mineralischen, partikelförmigen Füllstoff versehen sind. Ein solcher Füllstoff bricht besonders gut im Wesentlichen als Ganzes aus dem Faden heraus, wenn dieser über ein Bauteil der Maschinen geführt wird.
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Alternativ oder zusätzlich können die Maschinenquerrichtungsfäden jedoch auch mit einem natürlichen, partikelförmigen Füllstoff versehen sein, wie zum Beispiel Kautschuk. Versuche haben gezeigt, dass auch ein solcher Füllstoff die gewünschten Eigenschaften, die zur Reduzierung der Reibung führen, mit sich bringen kann.
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Weiterhin betrifft die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung eines initialen Lastaufnahmeniveaus in der Formierpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, welches sich dadurch auszeichnet, dass in der Formierpartie als Formiersieb eine zuvor beschriebene Papiermaschinenbespannung verwendet wird.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die nicht maßstabsgetreuen Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Papiermaschinenbespannung,
- 2 eine vergrößerte schematische Schnittansicht der Papiermaschinenbespannung gemäß 1 entlang der Maschinenrichtung,
- 3 eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Maschinenquerrichtungsfadens aus dem Gewebe an der Maschinenseite der Papiermaschinenbespannung,
- 4 eine Mikroskopieaufnahme eines Maschinenquerrichtungsfadens, der aus einem porösen Kunststoff gebildet ist,
- 5 eine Mikroskopieaufnahme eines Maschinenquerrichtungsfadens, der aus einem Kunststoff gebildet ist, welcher einen mineralischen, partikelförmigen Füllstoff aufweist, und
- 6 eine Mikroskopieaufnahme eines Maschinenquerrichtungsfadens mit einem eingebetteten Kautschukpartikel.
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Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. 1 zeigt die schematische Ansicht einer Papiermaschinenbespannung 10. Bei dieser kann es sich zum Beispiel um ein Formiersieb, einen Pressfilz oder ein Trockensieb einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier-, Karton- oder Tissuebahn, handeln. Die Papiermaschinenbespannung 10 umfasst eine radial äußere Papierseite 12, auf der die Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Gebrauch transportiert wird, sowie eine radial innere Maschinenseite 14, auf der die Papiermaschinenbespannung 10 über Elemente der Maschine geführt wird, wie zum Beispiel Walzen, Formierleisten oder Saugkästen. Die Papiermaschinenbespannung 10 kann endlos oder flach gewoben sein, wobei sie im letzteren Fall eine hier nicht dargestellte Nahtstelle zum Endlosmachen aufweist.
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2 zeigt schematisch eine vergrößerte Schnittansicht von einem Abschnitt der Papiermaschinenbespannung 10 gemäß 1. Orthogonal zur Bildebene der 2 erstreckt sich die Maschinenrichtung MD der Bespannung 10. Dementsprechend liegt die Maschinenquerrichtung CD in der Bildebene der 2.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Bespannung 10 ein Formiersieb, welches auf der der Papierseite 12 ein papierseitiges Gewebe 16 und auf der Maschinenseite 14 ein maschinenseitiges Gewebe 18 aufweist. Beide Gewebe 16, 18 sind über hier nicht dargestellte Binderfäden miteinander verbunden. Das papierseitige Gewebe 16 umfasst papierseitige Maschinenrichtungsfäden 20, die mit papierseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 22 verwoben sind, beispielsweise mittels einer Leinwandbindung. Sowohl die papierseitigen Maschinenrichtungsfäden 20 als auch die papierseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 22 können einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweisen, welcher relativ klein gewählt sein kann, um Markierungen in der sich auf dem Formiersieb bildenden Faserstoffbahn zu vermeiden.
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Ähnlich wie das papierseitige Gewebe 16 umfasst auch das maschinenseitige Gewebe 18 maschinenseitige Maschinenrichtungsfäden 24, die mit maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 verwoben sind. Jedoch sind diese Fäden 24, 26 nicht mittels einer Leinwandbindung miteinander verwoben. Vielmehr weist das maschinenseitige Gewebe 18 ein Webmuster auf, bei welchem die Maschinenseite 14 der Papiermaschinenbespannung 10 von den maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 dominiert wird, wie dies in 2 angedeutet ist. Auf diese Weise kommt die Papiermaschinenbespannung 10 mit den Teilen der Maschine vorwiegend über ihre maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 in Kontakt. Als eine Besonderheit in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die maschinenseitigen Maschinenrichtungsfäden 24 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Das kann in Hinblick auf die Lasten, die diese Fäden in Maschinenrichtung übertragen können, vorteilhaft sein, jedoch ist die Querschnittsform dieser Fäden für die vorliegende Erfindung nicht ausschlaggebend.
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3 zeigt schematisch einen vergrößerten Abschnitt eines der maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26. Dieser zeichnet sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass er eine Reihe von Poren 28 in seinem Grundmaterial, welches zum Beispiel PA oder PET sein kann, aufweist. Die Poren 28 sind zunächst, d.h. wenn Papiermaschinenbespannung erstmals in die Maschine eingeführt wird, leer bzw. nur mit Luft gefüllt. Im Betrieb der Maschine, füllen sich die Poren 28, zumindest dort, wo diese zur Außenoberfläche des maschinenseitiger Maschinenquerrichtungsfaden 26 hin offen sind, jedoch schnell mit Wasser, was zu einer verbesserten Schmierung zwischen der Papiermaschinenbespannung 10 und den mit dieser in Kontakt stehenden Bauteilen der Maschine führt.
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4 zeigt eine Mikroskopieaufnahme von der Oberfläche des in 3 schematisch dargestellten maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfadens 26. Wie in dieser Figur zu erkennen ist, weist das Grundmaterial eine weitgehend offenporige Struktur auf. Hierdurch wird zwar die Fähigkeit des maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfadens 26 vermindert, Kräfte zu übertragen. Da jedoch die maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 im Vergleich zu den maschinenseitigen Maschinenrichtungsfäden 24 keine nennenswerten Kräfte übertragen müssen, kann die durch die Poren 28 verursachte strukturelle Schwächung dieser Fäden akzeptabel sein.
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Alternativ oder zusätzlich zu den Poren 28 können die maschinenseitigen Maschinenrichtungsfäden 24 jedoch auch mit einem partikelförmigen Füllstoff versehen sein. 5 zeigt ein entsprechendes Beispiel, in welchem das Grundmaterial einen mineralischen, partikelförmigen Füllstoff 30 aufweist. Dieser bricht im Wesentlichen als Ganzes aus dem Grundwerkstoff aus, wenn er mit Teilen der Maschine unter Last in Kontakt kommt, also zum Beispiel über Formierleisten oder Saugkästen gezogen wird. Auf diese Weise bilden sich durch die Ausbrüche erst während des Betriebs der Papiermaschinenbespannung 10 die Poren 28 und auch im Wesentlichen nur dort, wo die maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 in Kontakt mit Teilen der Maschine gelangen, also dort, wo eine erhöhte Schmierung benötigt wird. Der Rest der maschinenseitigen Maschinenquerrichtungsfäden 26 bleibt hingegen im Wesentlichen intakt, so dass er im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel größere Zuglasten aufnehmen kann.
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Dieser Effekt lässt sich nicht nur mit einem mineralischen, partikelförmigen Füllstoff 30 erzielen, sondern auch mit einem natürlichen, partikelförmigen Füllstoff 32, wie zum Beispiel Kautschuk. Ein entsprechendes Beispiel ist in 6 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Papiermaschinenbespannung
- 12
- Papierseite
- 14
- Maschinenseite
- 16
- papierseitiges Gewebe
- 18
- maschinenseitiges Gewebe
- 20
- papierseitiger Maschinenrichtungsfaden
- 22
- papierseitiger Maschinenquerrichtungsfaden
- 24
- maschinenseitiger Maschinenrichtungsfaden
- 26
- maschinenseitiger Maschinenquerrichtungsfaden
- 28
- Pore
- 30
- mineralischer, partikelförmiger Füllstoff
- 32
- mineralischer, partikelförmiger Füllstoff
- CD
- Maschinenquerrichtung
- MD
- Maschinenrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3409788 A1 [0008, 0011, 0013, 0014]
