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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung dehnbaren Papier- oder Kartonbahn, sowie eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Maschine.
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Hohe Längs- und Querdehnungseigenschaften sind insbesondere für tiefziehbare Verpackungspapiere von großer Bedeutung. Reduzierte Dehnungseigenschaften und eine zu geringe Elastizität wirken sich besonders negativ bei Wellpappenrohpapieren aus. So kann die Wellpappe beim Rillen brechen, womit sie als Ausschuss unbrauchbar wird. Eine spröde Wellpappenschachtel unter Stoßeinwirkung kommt zum Bersten, da die Stoßenergie nicht absorbiert werden kann. Zudem kann bei der Herstellung der Welle aus der Wellenstoffbahn die Bahn bei zu geringer Elastizität beim Riffeln mit der Riffelwalze brechen. Eine zu hohe Sprödigkeit ist also auch hier kontraproduktiv. Bei Sackpapieren sind hohe Elastizitätswerte (Papierbruchdehnungswerte) von größter Bedeutung. Aus dieser Forderung heraus wurde die Clupak Einrichtung erfunden.
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Mit dem sogenannten Clupak-System kann die Längsdehnbarkeit, also die Dehnung der Papierbahn in Maschinenlaufrichtung (MD) deutlich erhöht werden. Ebenso sind Verfahren bekannt, mit denen die Querdehnbarkeit, also die Dehnbarkeit quer zur Maschinenlaufrichtung (CMD) erhöht werden kann. Es sind jedoch keine Verfahren bekannt, bei denen die Querdehnbarkeit und die Längsdehnbarkeit in einem Arbeitsgang deutlich erhöht werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt sind. Insbesondere soll die Querdehnbarkeit und die Längsdehnbarkeit der Faserstoffbahn in einem Arbeitsgang deutlich erhöht werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Maschine ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren zur Herstellung einer in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung dehnbaren Faserstoffbahn, insbesondere einer in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung dehnbaren Papier- oder Kartonbahn, bei dem die aus einer Trockenpartie, insbesondere Vortrockenpartie, der betreffenden Herstellungsmaschine kommende Faserstoffbahn mit einem beheizten, wasserdampfundurchlässigen sowie glatten rotierenden Zylinder in Kontakt gebracht und zusammen mit einem wasserdampfundurchlässigen umlaufenden, in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung elastischen Band über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Umschlingungswinkel zwischen dem elastischen Band und dem beheizten Zylinder liegend über den beheizten Zylinder geführt und durch das elastische Band gegen diesen gedrückt wird, das elastische Band vor In-Kontakt-Bringen mit der Faserstoffbahn in Querrichtung mit einer variabel einstellbaren Vorspannung beaufschlagt wird, das vorgespannte elastische Band und die Faserstoffbahn durch einen Pressnip geführt werden, der zwischen einem nicht rotierenden Druckschuh und dem rotierenden Zylinder gebildet ist, und die in Querrichtung erzeugte Vorspannung des elastischen Bandes nach Bildung eines Dampfpolsters zwischen der Faserstoffbahn und dem beheizten Zylinder wieder abgebaut wird, so dass die Faserstoffbahn über das Dampfpolster auf dem beheizten Zylinder gleitend mit dem elastischen Band in Querrichtung schrumpft.
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Vorzugsweise wird auch eine Schrumpfung in Maschinenlaufrichtung über den Clupak-Effekt erzeugt. Die Faserstoffbahn kann damit in Querrichtung und in Maschinenlaufrichtung geschrumpft und gestaucht werden
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Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch eine Maschine zur Herstellung einer in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung dehnbaren Faserstoffbahn, insbesondere einer in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung dehnbaren Papier- oder Kartonbahn, mit einem beheizten, wasserdampfundurchlässigen sowie glatten rotierenden Zylinder und einem wasserdampfundurchlässigen umlaufenden elastischen Band, wobei die Faserstoffbahn zusammen mit dem elastischen Band über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Umschlingungswinkel zwischen dem elastischen Band und dem beheizten Zylinder liegend über den beheizten Zylinder führbar und durch das elastische Band gegen diesen drückbar ist, das elastische Band vor In-Kontakt-Bringen mit der Faserstoffbahn in Querrichtung mit einer variabel einstellbaren Vorspannung beaufschlagbar und die in Querrichtung erzeugte Vorspannung des elastischen Bandes nach Bildung eines Dampfpolsters zwischen der Faserstoffbahn und dem beheizten Zylinder wieder abbaubar ist, so dass die Faserstoffbahn über das Dampfpolster auf dem beheizten Zylinder gleitend mit dem elastischen Band in Querrichtung schrumpft, und wobei im Umschlingungsbereich des elastischen Bandes um den rotierenden Zylinder ein Pressnip zwischen einem nicht rotierenden Druckschuh und dem rotierenden Zylinder gebildet ist, durch welchen die Faserstoffbahn und das elastische Band führbar sind.
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Nach dem Pressnip bildet sich der Clupac-Effekt aus, wodurch die Faserstoffbahn in Maschinenlaufrichtung gestaucht wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die sich in Maschinenlaufrichtung und Querrichtung ergebenden Dehnungseigenschaften deutlich verbesserbar, insbesondere gezielt einstellbar. Damit wird auch die Möglichkeit geschaffen, der zunehmend nachlassenden Altpapier-Rohstoffqualität entgegenzuwirken. Auch ergibt sich der Vorteil, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Papier in einem Tiefziehprozess weiterverarbeitet werden und daher Kunststoff-Tiefziehverpackungen ersetzen kann.
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Als beheizter Zylinder wird bevorzugt ein Stahlzylinder, insbesondere ein chrombeschichteter Stahlzylinder verwendet. Mit einem solchen Zylinder kann sichergestellt werden, dass die Faserstoffbahn darauf nach Bildung des Dampfpolsters optimal gleiten kann.
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Das elastische Band wird vorteilhafterweise durch wenigstens eine innerhalb dessen Schlaufe angeordnete variabel einstellbare Spannwalze in Querrichtung vorgespannt. Mit der über die Spannwalze variabel einstellbaren Quer-Vorspannung ist der sich nach einem Abbau der Vorspannung ergebende Querschrumpf entsprechend einstellbar.
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Zweckmäßigerweise wird die in Querrichtung erzeugte Vorspannung des elastischen Bandes in Bahnlaufrichtung betrachtet nach dem Pressnip wieder abgebaut. Besonders bevorzugt wird die Vorspannung des elastischen Bandes in Querrichtung um einen definierten Betrag auf eine Grundvorspannung abgebaut. Damit kann die Querdehnungseigenschaft der Faserstoffbahn gezielt eingestellt werden.
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Weiter bevorzugt werden das elastische Band und die Faserstoffbahn über eine im in Bahnlaufrichtung betrachtet hinteren Bereich der von der Faserstoffbahn und dem elastischen Band umschlungenen Zone des beheizten Zylinders vorgesehene Leitwalze vom beheizten Zylinder abgenommen, und wird die Faserstoffbahn vom elastischen Band getrennt. Ein sicherer Weitertransport der Faserstoffbahn kann dadurch gewährleistet werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Faserstoffbahn zusammen mit dem vorgespannten elastischen Band zur Ausbildung des Dampfpolsters zwischen der Faserstoffbahn und dem beheizten Zylinder bei vorgespannt gehaltenem elastischem Band zunächst entlang einer Konditionier- oder Aufwärmzone über den beheizten Zylinder geführt. Hierdurch kann ein geeignetes Dampfpolster für die Beweglichkeit der Faserstoffbahn in Querrichtung geschaffen werden, um die Stauchung der Faserstoffbahn durch das vorgespannte elastische Band zu erreichen.
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Ebenfalls als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das elastische Band der mit dem beheizten Zylinder in Kontakt gebrachten Faserstoffbahn über eine das elastische Band vorspannende variabel einstellbare Spannwalze zugeführt wird, und wenn die Faserstoffbahn im Anschluss an den am Ende der Konditionier- oder Aufwärmzone vorgesehenen Pressnip zusammen mit dem elastischen Band entlang einer Schrumpfzone weiter über den beheizten Zylinder geführt wird, entlang der die Vorspannung des elastischen Bandes zur Erzeugung des Querschrumpfs der Faserstoffbahn wieder abgebaut wird. Hiermit kann die gewünschte Schrumpfung in vorteilhafter Weise erreicht werden.
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Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Faserstoffbahn zusammen mit dem elastischen Band im Anschluss an die Schrumpfzone einer Leitwalze zugeführt wird, über welche die Faserstoffbahn und das elastische Band wieder vom beheizten Zylinder abgenommen und voneinander getrennt werden. Ein geeigneter Weitertransport der Faserstoffbahn ist damit wiederum gewährleistet.
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Um einen gewünschten Trockengehalt zu erreichen, wird die in Maschinenlaufrichtung und in Querrichtung geschrumpfte Faserstoffbahn bevorzugt einer weiteren Trockenpartie, insbesondere einer Nachtrockenpartie, der Herstellungsmaschine zugeführt.
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Der für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Maschine eingesetzte beheizte Zylinder ist bevorzugt ein Stahlzylinder, insbesondere ein chrombeschichteter Stahlzylinder. Auf diesem kann die Faserstoffbahn auf dem erzeugten Dampfpolster besonders gut gleiten.
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Ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zudem bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass
- - der Trockengehalt der dem beheizten Zylinder zugeführten Faserstoffbahn im Bereich von etwa 50 % bis etwa 65 % liegt, und/oder
- - der beheizbare Zylinder einen Durchmesser im Bereich von etwa 900 mm bis etwa 1500 mm besitzt, und/oder
- - die Oberflächentemperatur des beheizten Zylinders größer 110 ° ist und insbesondere in einem Bereich zwischen 110 ° und etwa 125 ° liegt, und/oder
- - sich die Aufwärmzone über 0 bis 40°, insbesondere 10 bis 25°, erstreckt, und/oder
- - sich die Schrumpfzone über etwa 20 ° erstreckt, und/oder
- - die Verweilzeit der Faserstoffbahn in dem in Bahnlaufrichtung betrachtet anfänglichen Bereich der von der Faserstoffbahn und dem elastischen Band umschlungenen Zone des beheizten Zylinders vor dem Pressnip etwa 0,1 Sekunde beträgt, und/oder
- - die mittlere Linienkraft im am Ende der Aufwärmzone vorgesehenen Pressnip maximal 20 kN/m beträgt.
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Im Übrigen gelten die zum Verfahren genannten Vorteile der Erfindung und der vorstehend genannten Weiterbildungen auch für die erfindungsgemäße Maschine und deren Weiterbildungen und umgekehrt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
- 1 einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Maschine zur Herstellung beziehungsweise Veredelung einer Faserstoffbahn,
- 2 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Spannwalze im Querschnitt, und
- 3 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Leitwalze im Querschnitt.
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1 zeigt einen Abschnitt einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine 10 zur Herstellung einer in Maschinenlaufrichtung MD und Querrichtung CMD dehnbaren Faserstoffbahn 12, bei der es sich insbesondere um eine in Maschinenlaufrichtung und Querrichtung dehnbare Papier- oder Kartonbahn handeln kann.
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Die Maschine umfasst einen beheizten, wasserdampfundurchlässigen sowie glatten rotierenden Zylinder 14 sowie ein wasserdampfundurchlässiges umlaufendes elastisches Band 16. Die Faserstoffbahn 12 ist zusammen mit dem elastischen Band 16 über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Umschlingungswinkel zwischen dem elastischen Band 16 und dem beheizten Zylinder 14 liegend über den beheizten Zylinder 14 geführt und durch das elastische Band 16 gegen diesen gedrückt.
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Das elastische Band 16 ist vor In-Kontakt-Bringen mit der Faserstoffbahn 12 in Querrichtung CMD mit einer variabel einstellbaren Vorspannung beaufschlagbar. Die in Querrichtung erzeugte Vorspannung des elastischen Bandes 16 ist nach Bildung eines Dampfpolsters zwischen der Faserstoffbahn 12 und dem beheizten Zylinder 14 wieder abbaubar, so dass die Faserstoffbahn 12 über das Dampfpolster auf dem beheizten Zylinder 14 gleitend mit dem elastischen Band in Querrichtung schrumpft beziehungsweise gestaucht wird.
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Des Weiteren umfasst die Maschine einen Pressnip 18, der zwischen einem nicht rotierenden Druckschuh 28 und dem rotierenden Zylinder 14 gebildet ist. Dadurch wird eine so genannte Clupak-Einheit gebildet, durch welche die Längsdehnbarkeit der Faserstoffbahn 12 deutlich erhöht werden kann. Der so genannte Clupak-Effekt besteht darin, dass die Faserstoffbahn 12 in Längsrichtung, also Maschinenlaufrichtung MD, gestaucht wird bis hin zur Erzeugung eines Mikrokrepps in Maschinenlaufrichtung MD. Das mit der Faserstoffbahn durch den Pressnip 18 geführt elastische Band 16 wird im Pressnip in Maschinenlaufrichtung MD gedehnt. Diese Dehnung überträgt sich auf die mit dem elastischen Band 16 in Kontakt stehende Faserstoffbahn 12. Nach dem Pressnip 18 entspannt sich das elastische Band 16 und verkürzt sich. Die mit dem elastischen Band 16 in Kontakt stehende Faserstoffbahn 12 wird dadurch gestaucht und durch Überlagerung von Fasern eine Mikrokreppung erzeugt. Auch hier kann die Faserstoffbahn 12 durch das Dampfpolster auf dem beheizten Zylinder gleiten.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Faserstoffbahn 12 zusammen mit dem vorgespannten elastischen Band 16 zunächst entlang einer Aufheizzone α über den beheizten Zylinder 14 geführt. In diesem Bereich wird bereits das Dampfpolster für das Gleiten der Faserstoffbahn 12 auf dem Zylinder 14 gebildet.
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Die Aufwärmzone α endet im Pressnip 18. Hinter dem Pressnip 18 beginnt dann eine Schrumpfzone β, die bis zum Abheben der Faserstoffbahn 12 vom Zylinder 14 reicht. Die Abnahme der Faserstoffbahn 12 erfolgt zusammen mit dem elastischen Band 16 über eine Leitwalze 30. An der Leitwalze 30 werden das elastische Band und die Faserstoffbahn anschließend auch voneinander getrennt. Ein Schrumpfen der Faserstoffbahn 12 in Maschinenlaufrichtung MD und Querrichtung CMD durch das entsprechende Schrumpfen und Stauchen des elastischen Bandes 16 kann bis zur Trennung der Faserstoffbahn 12 vom elastischen Band 16, also auch noch nach der Abnahme vom beheizten Zylinder 14 erfolgen. Die Aufwärmzone α liegt in einem Winkelbereich von 0°><40°.
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Nach dem Pressnip 18 baut sich also die Vorspannung des elastischen Bandes 16 in Querrichtung CMD ab, während das elastische Band 16 noch in innigem Kontakt mit der Faserstoffbahn 12 steht. Der Abbau der Spannung kann über eine Spezialwalze gesteuert auf eine Grundvorspannung erfolgen. Damit erfährt das elastische Band 16 eine Längenänderung in Querrichtung. Die am elastischen Band 16 haftende Faserstoffbahn 12 gleitet aufgrund des Dampfpolsters auf dem glatten, rutschigen Zylinder 14 und wird über das elastische Band 16 in Querrichtung mikrogestaucht. Die Faserstoffbahn 12 erhält somit eine erhöhte Elastizität in Querrichtung. Nach beispielsweise 30° Umschlingung, gemessen ab dem Pressnip 18, verlässt das elastische Band 16 zusammen mit der Faserstoffbahn 12 den Zylinder 14. Die Faserstoffbahn 12 wird nachfolgend einer Trockenpartie zugeführt.
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Der bevorzugte Arbeitsbereich der dargestellten Maschinengruppe beträgt 60 bis 65 % Trockengehalt am Eintritt in diese Maschinengruppe. Somit ist neben der Nachtrockenpartie auch eine Vortrockenpartie vorteilhaft vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Maschinengruppe in eine Trockenpartie eingebettet.
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2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Spannwalze A, wie sie als Walze 24 in 1 eingesetzt ist. Wie anhand von 2 zu erkennen ist, ist bei einer solchen Spannwalze A die Vorspannung des elastischen Bandes 16 in Querrichtung über seitlich am Walzenkörper 32 vorgesehene, in Maschinenquerrichtung CMD relativ zum Walzenkörper 32 variabel einstellbare Spannköpfe 34 einstellbar.
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Dagegen zeigt 3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Leitwalze B, wie sie für die Leitwalze 30 gemäß 1 eingesetzt werden kann. Wie anhand von 3 zu erkennen ist, kann auch bei einer solchen Leitwalze B das elastische Band 16 noch mit einer gegenüber der Vorspannung um einen definierten Betrag ΔL kleineren Grundspannung beaufschlagt sein. In beiden 2 und 3 ist zudem auch die Lagerung 36 der jeweiligen Walze A und B zu erkennen.
