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Verfahren zur Verbesserung der Entwässerung und Vergleichmäßigung
der Trocknung von endlosen Bahnen aus Faserstoffen Endlose Bahnen aus Faserstoffen
werden in der Papier-, Zellulose- und Kartonindustrie und auch in der Textilindustrie
getrocknet. Die heute meist übliche Arbeitsweise ist die, daß aus einem stark wäßrigen
Brei auf einem rotierenden oder umlaufenden Sieb ein Teil des Wassers durch Schwerkraft
abgeschieden wird. Später wird dann das Abscheiden des Wassers durch Hindurchsaugen
von Luft durch die Bahn und das Sieb unterstützt. Die weitere Entwässerung erfolgt
durch umlaufende Preßwalzen.
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Es besteht das Bestreben, mit diesem billigeren Arbeitsgang der mechanischen
Entwässerung soweit wie möglich Wasser aus dem Trocknungsgut herauszubringen. Nach
dem Durchlaufen von meist mehreren umlaufenden Preßwalzen wird die Bahn auf Zylindertrocknern
oder in Lufttrocknern fertiggetrocknet.
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Im Endzustand der Trocknung soll das Trocknungsgut einen vorgeschriebenen
gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt haben, der möglichst ständig in allen Teilen der
Bahn erreicht wird.
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Das Ziel, eine weitestmögliche mechanische F-ntwässerung der Faserbahn
und die Vergleichmäßigung des Wassergehaltes schon im Zuge der mechanischen Entwässerung
zu erreichen, hat eine Reihe von Vorschlägen zur Folge gehabt, die jedoch nicht
die vollendete Lösung erbringen konnten.
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Es ist von jeher grundsätzlich bekannt, daß durch die Erwärmung der
Stoffstispension oder Bahn eine Verbesserung der mechanischen Entwässerung erreicht
werden kann, da das Wasser bei Erhöhung der Temperatur einen Teil seiner Viskosität
verliert. Es bewegten sich daher die meisten Vorschläge in der Richtung, daß eine
Erwärmung der Faserstoffbahn vor der Pressung durch beheizte Vorwärmezylinder, durch
die Anordnung von Infrarotstrahlern, durch die Erzeugung Joulscher Wärme entweder
beim Hindurchführen durch ein Hochfrequenz-Kondensatorfeld oder durch Einschaltung
der Faserstoffbahn teils allein, teils mit den sie tragenden Filzen als Widerstand
eines elektrischen Stromkreises bewirkt wird.
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Die Verwendung von beheizten Vorwärmezylindern oder durch Warmluft
oder Dampf beheizten Vorwärmekammern läßt sich nur für starke Bahnen, die sich selbst
tragen und leicht von der Zylinder- oder Walzenoberfläche lösen lassen, mit einigem
Erfolg durchführen, Jedoch ist der Effekt der Erwärmung aus weiter unten zu schildernden
Gründen ungenügend.
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Die Verwendung von Infrarot-Strahlung ermöglicht wohl eine Erwärmung
der Bahn, ist aber wegen des geringen Wirkungsgrades sehr kostspielig. Die zu erwärmende
Bahn wird zudem in gleichmäßiger Weise in der Infrarot-Strahlung getroffen, so daß
ein Ausgleich der Ungleichmäßigkeiten in der Bahn, die von der Blattbildung auf
dem Sieb oder von dem Webvorgang herrühren, nicht erfolgen kann. Schließlich ist
auch hier die erzielte Erwärmung nur in einer ungenügenden Weise in einer verbesserten
Entwässerung wirksam zu machen.
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Die Verwendung eines hochfrequenten Kondensatorfeldes bringt eine
intensive Erwärmung der Faserstoffbahn zustande, ist aber noch kostspieliger als
die Infrarot-Strahlung, da der Wirkungsgrad noch niedriger ist. Eine ausgleichende
Wirkung hinsichtlich der Ungleichmäßigkeiten im Feuchtigkeitsgehalt der Bahn tritt
nicht ein. Auch hier ist die Ausnutzung der erzielten Erwärmung zur Verbesserung
der mechanischen Entwässerung nur in unvollkommener Weise möglich.
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Wird die Faserstoffbahn und gegebenenfalls der sie tragende Filz zwischen
zwei Walzenelektroden als Widerstandskörper in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet,
so ist damit hinsichtlich der Erwärmung der Faserstoffbahn und des Filzes die günstigste
Lösung gefunden. Die Erwärmung der Faserstoffbahn und des Filzes verringert in beiden
Teilen die Viskosität des Wassers, wobei die notwendige elektrische Energie zur
Erwärmung in beliebigem Maße zugeführt werden kann. Der Erwärmungsvorgang erfolgt
unmittelbar.
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Es hat sich aber gezeigt, daß, abgesehen von anderen Schwierigkeiten,
die bei der Erwärmung der Fa,serstoffbahnen und ihrer Filze vor der Pressung auftreten,
das größere Problem in der Entfernung des nunmehr durch die Verminderung der Viskosität
in größerer Menge anfallenden Wassers und der Ausgleich der von der vorherigen Entstehung
der Bahn verbliebenen Ungleichmäßigkeiten im Wassergehalt
liegt.
Bei der Entwässerung von Faserstoffbahnen, wie Papier, Karton und Zellulose, mit
den üblichen umlaufenden Preßwalzen ist für jede Preßstufe eine Grenze hinsichtlich
der Erhöhung des Trockengehaltes dadurch gegeben, daß die anfallende Wassermenge
aus dem Preßspalt entgegen der Laufrichtung der Bahn und des Filzes in den in diesen
Teilen noch vorhandenen Hohlräumen herausfließen muß. Erwärmt man eine solche Faserbahn
und auch ihren Filz vor der Pressung, so ist verständlich, daß bei gleichbleibender
Geschwindigkeit der Bahn mit der Steigerung der mechanischen Entwässerung ein immer
2, Crrößerer Wasseranteil in der Zeiteinheit bei gleichem Ouerschnitt der Kanäle
aus dem Preßspalt herausffließen. muß. Die Art der Faserstoffbahn und die Art des
Filzes sind entscheidend dafür, bis zu welcher Grenze die Steigerung des Entwässerungsvorganges
bei einer bestimmten Geschwindigkeit getrieben werden kann. Kann das Wasser nicht
rasch genug im Filz und in der Bahn rückwärts fließen, so entsteht vor der Preßzone
eine Wasserstauung, die den Faserverband der Bahn lockert und damit ein »Wolkigwerden«
des Papiers bewirkt und es schließlich ganz auflöst, so daß der Transport der Bahn
unterbrochen wird. Es hat sich in der Praxis durch diese Erscheinungen gezeigt,
daß bei hoher Aufwärmung der Bahn die Notwendigkeit entstand, den Druck der nachfolgenden
Presse zu vermindern, um den Wasserstau zu
verhindern.
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Diese Erscheinung gilt für alle bisherigen Vorschläge, die eine Aufwärmung
der Bahn in der einen oder anderen Weise zum Ziele hatten. Darüber hinaus konnte
keiner dieser Vorschläge eine Vergleichmäßigung des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn
in ihrer Laufrichtung oder quer hierzu erreichen.
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Dieser Aufgabe kommt aber eine ganz besondere Bedeutung zu. Da bei
der -nachfolgenden Trocknung der Bahn ihre feuchteren Teile länger getrocknet werden
müssen, als die bei der Blattbildung auf dem Sieb leichter gewordenen und bei der
mechanischen Entwässerung besser entwässerten Teile, wird dadurch gezwungenermaßen
eine solche Bahn so lange getrocknet, bis auch die feuchtesten Teile trocken und
damit die trockneren Teile übertrocknet sind.
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Gleichzeitig entsteht auch ein anderer Übelstand. In der Trockenpartie
schrumpft das Papier entsprechend der fortschreitenden Trocknung sowohl in der Längs-und
bevorzugt in der Querrichtung. Die leichteren und schon trockneren Teile schrumpfen
daher früher als die feuchteren. Dadurch entstehen Verzerrungen der Faserlage in
beiden Teilen, und es wird dadurch die Glattlage des Papiers stark beeinträchtigt.
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Die voiliegende Erfindung hat die höchstmögliche Entwässerung von
Faserstoffbahnen zum Ziele und gleichzeitig den Ausgleich der Unterschiede im Wassergehalt,
die von der Entstehung der Faserbahn herrühren. Sie benutzt wie frühere Vorschläge
die Erzeugung Joulscher Wärme in der Bahn und gegebenenfalls den die Bahn tragenden
Filz, um die Viskosität des Wassers herabzusetzen, erreicht aber im Gegensatz zu
den früheren Vorschlägen eine weitaus bessere Entwässerung dadurch, daß die Erwärmung
des Trocknungsgutes durch den elektrischen Strom gleichzeitig mit der mechanischen
Trennung von Faserstoff und Wasser durch eine Pressung erfolgt, wobei die Zuführung
des Stromes während der Pressung geschieht.
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Durch diese Anordnung wird die verbesserte Entwässerung in folgender
Weise erzielt: Mit der Erwärmung des Wassers und der Faserstoffmasse der Bahn
Z)
und des Filzes wird gleichzeitig auch die im Filz und in der Bahn enthaltene
Luft mit erwärmt.
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Sie dehnt sich entsprechend der Temperaturerhöhung aus und schiebt
das infolge der verringerten Viskosität leichter flüssige Wasser bevorzugt im Filz
in Richtung des Einlaufes zum Preßspalt vor sich her. Es ist verständlich, daß im
Preßspalt zwischen den beiden Preßwalzen die Zone höchsten Druckes die geringsten
Querschnitte für den Durchtritt des Wassers und der Luft bietet, der Weg in der
Laufrichtung der Bahn gesperrt ist und demnach beide Medien sich in der Richtung
zum Eintritt des Preßspaltes bewegen müssen. Durch Steigerung der pro Gewichtseinheit
der Bahn aufgewendeten elektrischen Energiemenge im Zuge des Preßvorganges tritt
in den engeren Teilen des Preßspaltes eine Verarmung der Bahn und des Filzes an
leitfähigem Wasser ein, so daß mit der fortschreitenden Verdrängung auch eine fortschreitende
Erwärmung des Wassers und der Luft und damit eine verstärkte Herausdrängung des
Wassers erreicht wird. Der gefürchtete Wasserstau im Filz und in der Bahn wird dadurch
verhindert. Es ist damit erreicht, die durch die Erwärmung des Wassers mögliche
Erhöhung der Entwässerung in einer Presse tatsächlich zu erzielen.
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Die besonders wichtige Aufgabe der Vergleichmäßigung des Wassergehaltes
in der Bahn, sowohl in ihrer Laufrichtung, als auch quer hierzu, wurde durch die
bisherigen Vorschläge nur unvollkommen gelöst. Wohl tritt bei einer Erwärmung der
Bahn und des Filzes vor der Presse durch das Hindurchfließen des elektrischen Stromes
eine bevorzugte Erwärmung der nasseren Teile der Bahn ein, jedoch wird bei diesen
Vorschlägen bei der erst nachfolgenden Pressung das Wasser der feuchteren Stelle
nicht bevorzugt entfernt, sondern es tritt an diesen Stellen besonders schnell der
gefürchtete Wasserstau vor den Preßwalzen auf und zwingt zu einer allgemeinen Verminderung
der Entwässerung. Anders ist es beider vorliegenden Erfindung. Mit der stärkeren
Erwärmung des Wassers anden feuchten Stellen der Bahn tritt gleichzeitig eine stärkere
Erwärmung der Luft ein, so daß diese das frei werdende Wasser aus dem Preßspalt
herauszubefördern vermag.
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Darüber hinaus wird im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
zwei oder mehrere Pressungen und Erwärmungen, rasch hintereinander erfolgend, durchzuführen,
weil es sich erwiesen hat, daß durch die Unterteilung des Entwässerungsvorganges
unter gleichzeitiger Unterteilung der Erwärmung von Bahn und Filz nicht nur ein
geringerer Aufwand an elektrischer Energie pro Gewichtseinheit der behandelten Bahn
benötigt wird, sondern zudem auch eine wesentlich verbesserte Entwässerungswirkung
erreicht wird.
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Dieser Teil der vorliegenden Erfindung geht von folgenden Überlegungen
aus: Würde man in einer Faserstoffbahn einen Entwässerungssprung von z. B. 3&IDIG
-von absolut trockenem Stoff auf 50"/o absolut trockenen Stoffes beabsichtigen,
so ist man gezwungen, den größten Teil des Wassers, der beim Eintritt der Bahn in
den Preßspalt vorhanden ist, auf die notwendige Temperatur zu bringen, um den Endwert
von 500/a absolut trockenen Stoffes zu erreichen. Im Rahmen dieser Erfindung
ist aber erkannt worden, daß es zweclanäßiger ist, den Entwässerungssprung beispielsweise
in zwei Stufen zu unterteilen, z. B. von 38% absolut trockenen Stoffes auf 4511/o.
absolut trockenen Stoffes und von dieser Stufe auf den Endwert von 50% absolut trockenen
Stoffes
in einen zweiten Entwässerungsvorgang zu kommen. Da für die erste Entwässerungsstufe
keineswegs die Temperatur erforderlich ist wie für die Endstufe der Entwässerung,
wird also die größere Wassermenge eine geringere Erwärmung erhalten, und es ist
nur notwendig, daß die nach der ersten Entwässerungsstufe verbleibende geringere
Wassermenge auf die volle, zur Erzielung des endgültigen Entwässerungszustandes
notwendige Temperatur erwärmt wird. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Verringerung
an elektrischer Energie pro Gewichtseinheit der behandelten Bahn.
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Hinsichtlich der verbesserten Entwässerungswirkung geht die vorliegende
Erfindung von dem Grundsatz aus, daß der Strömungswiderstand des Wassers in den
Hohlräumen, die in der Bahn und dem Filz innerhalb des Preßspaltes verbleiben, mit
der Menge des in der Zeiteinheit zu entfernenden Wassers wesentlich wächst. Es müßten
also viel höhere Kräfte und Drücke in der Presse angewendet werden, um in einem
Entwässerungsvorgang den gleichen Entwässerungssprung zu erzielen wie in zwei stufenweise
nacheinander erfolgenden Preßvorgängen.
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Das ist eine durchaus bekannte Erfahrung, die- im Rahmen dieser Erfindung
noch dahin gehend verbessert ausgenutzt wird, da die beiden oder mehrere Entwässerungsvorgänge
(Pressungen) so schnell wie möglich aufeinander erfolgen sollen. Hierfür gilt folgende
Begründung: Wenn es in einem Preßvorgang gelun-Ausgangsstellung, also in das Ende
der Kapillare zu einem gewissen Teil zu verdrängen und in größere Räume zu überführen,
so hat der Rest des Wassers das Bestreben, so schnell wie möglich wieder in die
gen ist, das Wasser z. B. aus einer Kapillare zu gelangen. Durch eine so rasch wie
möglich erfolgende Wiederholung der Pressung hat das Wasser nicht die Möglichkeit,
in,die Ausgangstellung zurückzugelangen.
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Es wird aus der schon bei der ersten Pressung erzielten neuen Lage
in eine weiter vom Ausgangspunkt entfernt befindliche Lage gedrängt. Es zeigt sich,
daß die unmittelbare Folge mehrerer solcher Pressungen und Erwärmungen eine wesentlich
bessere Entwässerung erbringt als die gleiche Zahl der Pressungen unter gleichen
Umständen, zwischen denen ein gewisser Zeitraum liegt.
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Schließlich ist es auch möglich, die Erfindung in der Weise anzuwenden,
daß die Walzenelektroden erst im Laufe der Trocknung der Bahn ausschließlich zu
einer zusätzlichen Erwärmung der Bahn angewendet werden, wobei unter Umständen auch
auf eine Pressung und damit erzielte Entwässerung verzichtet werden kann. In diesem
Falle werden alle Teile der Bahn, die bei der Blattbildung stärker und bei der nachfolgenden
Entwässerung feuchter ausgefallen sind, besonders stark erwärmt, so daß die Trocknung
der Bahn eine zusätzliche Unterstützung für alle feuchteren Teile erhält. Auch diese
Anordnung kann mehrfach im Laufe der Trocknung angewendet werden, da es ja möglich
ist, daß einzelne Teile der Bahn aus einem schwerer trocknenden Stoff bestehen,
so daß eine nachträgliche Unterstützung des Trocknungsvorganges für diese Stellen
notwendig wird.
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Die Erfindung läßt sich auch in anderer Weise noch vorteilhaft einsetzen.
In vielen Fällen ist es notwendig, die unter starkem Druck entwässerte Faserstoffbahn
wieder aufzulockern und im Kern zu erwärmen, um sie leichter trocknen zu können
oder für ihren endgültigen Verwendungszweck vorteilhafter herstellen zu können.
In diesem Falle können die Walzenelektroden nach dem letzten Preßvorgang eingesetzt
werden, und es wird ihnen so viel elektrische Energie zugeführt, daß innerhalb der
Bahn eine intensive Verdampfung einsetzt. Die Verdampfung lockert dann das Fasergefüge,
das durch die vorherige Pressung verdichtet war, wieder auf.
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Die Anwendung dieser Erfindung soll keineswegs nur auf die Verwendung
zur Entwässerung voll Papier-, Zellulosebahnen oder anderen aus einer Faserstoffsuspension
entstehenden Bahnen beschränkt bleiben, sondern die gleichen Aufgaben werden durch
die Erfindung bei der Trocknung von Textilbahnen oder Textilfasern, die bahnförmig
angeordnet sind, gelöst.
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Die Gestaltung der Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
zur Erhöhung der Entwässerung und ihrer Vergleichmäßigung ist mit durchaus bekannten
Mitteln zu verwirklichen. Es ist nur notwendig, die beiden Walzen der Presse entweder
in ihrem ganzen Körper oder in ihrem Mantel zu Elektroden auszubilden, denen über
Schleifringe und Kohlebürsten der Strom zugeführt bzw. von ihnen abgeführt wird.
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Die Erfindung erbringt eine wesentlich verbesserte Entwässerung von
laufenden Bahnen aus irgendwelchen Faserstoffen. Bei der der Erfindung entsprechenden
Anwendung der elektrischen Energie wird ein so- hoher Entwässerungsgrad erzielt,
daß der nachfolgende Trockner wesentlich kleiner ausgeführt werden kann. Der Aufwand
an elektrische Energie ist kostenmäßig viel kleiner als der Aufwand an Wärme in
Form von Dampf oder aus anderen Heizmitteln für die Verdampfung des Wassers, das
entsprechend der Erfindung aus der Bahn gegenüber der üblichen Art der Entwässerung
zusätzlich entfernt wurde.