DE102021125451A1

DE102021125451A1 - Verfahren und Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine

Info

Publication number: DE102021125451A1
Application number: DE102021125451.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Henle; Alexander Gloning
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023052021A1; CN118043519A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14), umfassend folgende Schritte:a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel (6);b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12) durch ein Trockenformierungsverfahren;c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser;d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt;Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel (6) einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn umfassend folgende Schritte:

a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel;
b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege durch ein Trockenformierungsverfahren;
c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser;
d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt.

Die Erfindung betrifft auch eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Vorrichtungen und Verfahren dieser Art sind bekannt. Das Dokument WO 2019/137667 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Fasermatte. Die Fasermatte wird in einem Trockenlegungsverfahren hergestellt. Am Ende der wasserarmen Formierung der Fasern ist ein Pressspalt, durch den die Fasermatte nur kurzzeitig geführt ist, zur Verfestigung der Fasermatte vorgesehen. Der Pressspalt wird durch Stützelemente gebildet. Zur Erwärmung der Fasermatte können die Stützelemente direkt oder indirekt beheizt sein.
Die bekannten Vorrichtungen sind für hohe Maschinengeschwindigkeiten und hoher mechanischer Festigkeit der Faserstoffbahn nicht geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn bei hoher Produktionsrate und gleichzeitig guter mechanischer Festigkeiten und Qualität anzugeben.
Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:

a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel;
b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege durch ein Trockenformierungsverfahren;
c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser;
d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt.
e) Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.

Diese Lösung bietet den Vorteil, die Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel schonend vor dem Verfestigen zu erhöhen. Falls notwendig kann im Verfestigungsspalt ebenfalls noch Wärme zugeführt werden, ohne die Qualität der Faserstoffbahn zu beeinträchtigen. Dadurch kann die Maschinengeschwindigkeit weiter erhöht werden, ohne die Fasern der Faserstoffbahn zu verbrennen oder anzusengen. Zudem kann die Wirkung der Temperaturerhöhung und des Pressdruckes im Verfestigungspressspalt entkoppelt werden. Dies ermöglicht eine weitere positive Einflussnahme auf die Qualität der Faserstoffbahn.
Der Heizschritt e) kann vorteilhaft durch Infrarot Heizelemente und/oder durch einen Dampfblaskasten und/oder durch Heißluft und/oder durch beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, ausgeführt werden. Für den Fall, dass Dampf verwendet wird, kann das Dampfkondensat auch teilweise oder vollständig das Fluid zum Befeuchten des Fasergeleges ersetzen. Wird eine Walze, insbesondere eine beheizte Walze verwendet, übt diese vorzugsweise keinen Druck auf das Fasergelege aus.
In einer möglichen Ausführung kann der Heizschritt e) durch das vorgewärmte Fluid im Befeuchtungsschritt c) ausgeführt sein. Für eine schonende Erwärmung kann dies zusätzlich zu anderen Heizschritten erfolgen.
Ferner ist es auch möglich, wenn der Heizschritt e) durch Einbringen von Dampf vor oder während des Formierungsschrittes b), insbesondere in den Luft-Faser-/Faserbündelstrom, ausgeführt wird. Für diesen Fall, kann das anfallende Dampfkondensat auch teilweise oder vollständig das Fluid zum Befeuchten des Fasergeleges ersetzen. Gleichzeitig wird die Luftfeuchtigkeit im Luft-Faser-/ Faserbündelstrom erhöht und der elektrostatischen Aufladung entgegengewirkt. Dies verbessert die Formation des Fasergeleges.
Die Aufgabe wird auch durch eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens, gelöst, mit

a) einer Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel;
b) einer Trockenformiereinheit zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege;
c) einem Befeuchter zum Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser;
d) einem Pressspalt zum Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck;

Die erfindungsgemäße Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Maschine einer dem Presspalt vorgelagerten Heizvorrichtung, zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel im Pressspalt, vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Heizvorrichtung Infrarot Heizelemente und/oder einen Dampfblaskasten und/oder Heißluft und/oder beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung mit dem Befeuchter zur Erwärmung des Fluids in Wirkverbindung steht. Bei der Heizvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Wärmetauscher handeln.
Die Einzelfasern und/oder Faserbündel, beziehungsweise das Fasergelege können auch dadurch erwärmt werden, dass die Heizvorrichtung mit der Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung und/oder mit der Trockenformiereinheit in Wirkverbindung steht. Das bedeutet, dass ein Wärmestrom erzeugt wird, der die Einzelfasern und/oder Faserbündel, beziehungsweise das Fasergelege erwärmen.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine 1 in schematischer Darstellung. Nach einer wasserarmen Aufbereitung, in der die Einzelfasern und/oder Faserbündel 6 zum Beispiel aus faserhaltigen Recyclingware oder aus Fluffzellstoff oder aus Frischfaserzellstoff durch Zerfaserungsmaschinen im Luftstrom gebildet werden, werden diese im Luftstrom einem Verteilkanal 7 der Maschine 1 zugeführt und gleichmäßig quer zur Laufrichtung 15 der Maschine 1 verteilt. Die Einzelfasern und/oder Faserbündel 6 sinken im Luftstrom im Verteilkanal 7 nach unten auf ein umlaufendes Sieb 13 und bilden ein Fasergelege 12 aus. Auf diesen Formierungsschritt 2 in der Trockenformiereinrichtung 2 folgt ein Heizschritt 3. In diesem Beispiel ist eine Heizvorrichtung 8 gezeigt, die als Infrarot-Strahler ausgeführt ist. Das gebildete Fasergelege wird erwärmt. Anschließend folgt ein Befeuchtungsschritt 4, in dem mit einer Befeuchtungseinrichtung 9, die als Düse zum Auftragen von Wasser ausgebildet ist, wodurch das Fasergelege befeuchtet wird. Im nachfolgenden Verfestigungsschritt 5 wird das Fasergelege 12 durch einen Pressspalt 5 geführt, der durch zwei Presswalzen 10, 11 gebildet ist. Durch den Verfestigungsschritt 5 wird die Dicke des Fasergeleges 12 stark reduziert. Eine der Presswalzen 10, 11 kann eine strukturierte Oberfläche zur Erzeugung einer strukturierten Faserstoffbahn 14 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Maschine
2: Formierungsschritt, Trockenformiereinrichtung
3: Heizschritt
4: Befeuchtungsschritt
5: Verfestigungsschritt, Pressspalt
6: Einzelfasern, Faserbündel
7: Verteilkanal
8: Heizvorrichtung
9: Befeuchtungseinrichtung
10: Presswalze
11: Presswalze
12: Fasergelege
13: Sieb
14: Faserstoffbahn
15: Laufrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/137667 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14) umfassend folgende Schritte: a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel (6); b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12) durch ein Trockenformierungsverfahren; c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt; dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel (6) einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch Infrarot Heizelemente und/oder durch einen Dampfblaskasten und/oder durch Heißluft und/oder durch beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch das vorgewärmte Fluid im Befeuchtungsschritt c) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch Einbringen von Dampf vor oder während des Formierungsschrittes b) ausgeführt wird.
Maschine (1) zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14), insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a) einer Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel (6); b) einer Trockenformiereinheit (2) zum Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12); c) einem Befeuchter (9) zum Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d)einem Pressspalt (5) zum Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck; dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine einer dem Presspalt (5) vorgelagerten Heizvorrichtung (8), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Pressspalt (5), vorgesehen ist.
Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) Infrarot Heizelemente und/oder einen Dampfblaskasten und/oder Heißluft und/oder beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, umfasst;
Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) mit dem Befeuchter (9) zur Erwärmung des Fluids in Wirkverbindung steht.
Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) mit der Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung und/oder mit der Trockenformiereinheit (2) in Wirkverbindung steht.