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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Online-Kalandrierung von Papier
mit hoher Glätte
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung
dieses Verfahrens.
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Glanz
und Glätte
sind Kenngrößen einer
Papierbahn, die nicht nur ihr Aussehen, sondern auch ihre weitere
Verarbeitbarkeit beeinflussen. Für
bestimmte Anwendungen sind Glanz- und/oder Glättewerte erwünscht, die
möglichst
gleichmäßig reproduzierbar
sein sollten.
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Der
Glanz und die Glätte
der Papierbahn werden üblicherweise
dadurch erhöht,
daß die
Papierbahn im Anschluß an
die Trockenpartie der Papiermaschine ein Glättwerk bestehend aus einem oder
mehreren Walzenspalten durchläuft,
wobei der Glanz und/oder die Glätte
der Papierbahn durch den Druck im Walzenspalt und die Temperatur
der den Walzenspalt bildenden Walzen erhöht wird. Hierdurch läßt sich
der Glanz und die Glätte
der Papierbahn jedoch nur in begrenztem Maße beeinflussen, da bei einer
zu starken Erhöhung
des Druckes im Walzenspalt die Papierbahn insgesamt stark komprimiert
wird und einen Volumenverlust erleidet. Hierbei besteht außerdem die
Gefahr, daß die
Papierbahn an Steifigkeit verliert. Auch einer Erhöhung der
Walzentemperatur sind Grenzen gesetzt, da dieses Vorgehen sehr energieaufwendig
ist. So müssen
zum Erzielen von Walzentemperaturen von 200°C laufend erhebliche Energiemengen
zugeführt
werden, da die Walzen durch die vorbeilaufende Papierbahn ständig gekühlt werden.
Es wurde, beispielsweise bei Silikonpapieren, daher auch bereits
versucht, den Glanz und die Glätte
durch die Feuchtigkeit der Papierbahn zu beeinflussen. Dies hat
jedoch den Nachteil, daß die
zugeführte
Feuchtigkeit nach der Behandlung zumindest teilweise wieder entfernt
werden muß,
was weitere Verfahrensschritte nach sich zieht, die den zeitlichen
und apparativen Aufwand bei der Papierbahnbehandlung erhöhen.
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Grundsätzlich gibt
es im wesentlichen zwei Arten von Glättwerken. Sog. Superkalander
weisen eine Vielzahl übereinander
angeordneter Walzen und dazwischen vorgesehener Walzenspalte auf,
die von der Papierbahn durchlaufen werden. Durch die vielen Walzenspalte
ergibt sich ein hoher Überdeckungsgrad
und eine gute Verteilung der Satinagearbeit zwischen Druck und Temperatur.
Superkalander sind üblicherweise
offline vorgesehen, d.h., daß die
aus der Papiermaschine kommende Papierbahn zunächst auf einen Tambour aufgewickelt
und mit diesem zum Superkalander überführt wird, den sie dann mit
einer erheblich geringeren Geschwindigkeit als der Papiermaschinengeschwindigkeit
durchläuft.
Die Offline-Installation hat den Vorteil, daß sich die Papierbahn vor Eintritt
in den Superkalander noch ausgleichen kann, so daß im Superkalander
nicht mit den durch viele Faktoren beeinflusten Bedingungen aus
der Papiermaschine gearbeitet werden muß. Der Installationsbedarf
ist jedoch erheblich höher.
Klassischerweise weist ein Superkalander einerseits beheizte Stahlwalzen
und andererseits Papierwalzen oder mit Baumwolle bezogene Walzen
auf. In neuerer Zeit werden auch sog. Multinip-Softkalander eingesetzt,
bei denen statt der Papierwalzen Walzen mit Polymerbezügen verwendet
werden. Diese weisen ein anderes elastisches Verhalten auf als die
Papierwalzen, so daß mit
kleinerem Nipdruck gearbeitet werden kann.
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Zum
zweiten gibt es sog. Maschinen- oder Softkalander, die online an
eine Papiermaschine angeschlossen sein können und daher mit Papiermaschinengeschwindigkeit
durchlaufen werden. Maschinenkalander weisen aber nur wenige Walzenspalte
auf, so daß mit
höherem
Druck und Temperatur gearbeitet und die Papierbahn entsprechend
stärker
beansprucht wird. Wesentlicher Nachteil der Softkalander ist, daß nicht
alle Papierarten in hohen Qualitäten
veredelt werden können.
Insbesondere ist es nicht möglich,
mit einem Softkalander online hoch verdichtetes SC-A-Papier herzustellen.
Zwar ist es in jüngerer
Zeit gelungen, die Bedruckbarkeitseigenschaften eines mit 11 Walzenspalten
superkalandrierten Naturtiefdruckpapieres auch mit nur 4 Walzenspalten
eines Softkalanders zu erreichen, doch sind hierfür relativ
hohe Walzentemperaturen und Druckspannungen in den Walzenspalten
erforderlich. Auch sind diese Qualitäten nur bei einem Geschwindigkeitsbereich
erreichbar, der der für
dieses Papier üblichen
Satinagegeschwindigkeit im Superkalander entspricht. (vgl. Rothfuss,
Ulrich: Inline- und Offline-Satinage von holzhaltigen, tiefdruckfähigen Naturdruckpapieren
in: Wochenblatt für
Papierfabrikation 1993, Nr. 11/12, Seite 457–466). Mithin können derartige
Qualitäten
nur bei Offline-Installation des Softkalanders erreicht werden.
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Aus
der
DE 43 01 023 C2 ist
es außerdem
für Maschinenkalander
bekannt, die Papierbahn unmittelbar vor dem Walzenspalt zu bedampfen
und die Papierbahn durch den Nip zu führen, bevor sich die Temperatur
und Feuchte in der Papierbahn ausgeglichen haben. Damit erreicht
man nicht nur eine Befeuchtung der Papierbahn, sondern erzielt gleichzeitig
eine Temperaturerhöhung.
Die im Dampf enthaltene Wärme überträgt sich
beim Kondensieren auf die Papierbahn, so daß man durch diese Maßnahme eine
Papierbahn erhält,
die an der Oberfläche
die notwendige Temperatur und die notwendige Feuchte aufweist. Wird
nun diese Papierbahn durch den Walzenspalt geführt, beeinflußt der Walzenspalt
vor allem den Oberflächenbereich
der Papierbahn, während
der mittlere (und untere) Bereich wesentlich weniger beeinflußt wird.
Im mittleren (und unteren) Bereich erfolgt daher keine nennenswerte
Veränderung in
Dickenrichtung. Das Volumen der Papierbahn bleibt in höherem Maße erhalten,
obwohl die Oberflächenqualität deutlich
verbessert wird. Die Online-Herstellung von SC-A-Papieren ist jedoch
mit derartigen Maschinenkalandern nicht möglich.
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Aus
der Veröffentlichung
ROBERTSON, Rex; KUOSA, Harry; GENISOT, Tony; DÜRAUER, Rainer: Neue Generation
Multinip-Kalander
für mehr Veredelungspotential,
in: Wochenblatt für
Papierfabrikation Nr. 23/24, 1997, Seiten 1174 bis 1181 wird der
gattungsgemäße OptiLoad-Kalander
der Firma Valmet beschrieben, mit dem eine Online-Kalandrierung
von Papier mit Qualitäten
erreichbar sein soll, die bisher der Offline-Kalandrierung vorbehalten waren. Wesentlicher
Gesichtspunkt des OptiLoad-Kalanders ist ein besonderer Belastungsmechanismus mit
einstellbarer Eigengewichtentlastung, wodurch es möglich ist,
die Walzengewichte im Stapel ganz oder teilweise zu entlasten. Auf
diesem Wege kann der Gravitätsanstieg
im Stapel (= Belastungswinkel) im Vergleich zu anderen Multinip-Kalandern voll oder teilweise
ausgeschaltet werden. Hierzu wurden spezielle Kalanderwalzen mit
konstanter Durchbiegung entwickelt. Durch Entlastung der Walzengewichte über Entlastungszylinder-
und Hebearmmechanismen, die jede Walzenanordnung an den Enden stützen und
deren Gewicht je nach Bedarf entlasten, wird eine Kumulation der
Eigengewichte von Nip zu Nip verhindert. Die Verbesserung der Papierqualität wird somit
durch eine Beeinflussung der Druckverhältnisse im Nip beeinflusst.
Am Rande wird auch die Verwendung von Dampfblaskästen im Zusammenhang mit der
Steuerungsmöglichkeit
der Zweiseitigkeit der Papierqualität erwähnt (Seite 1180, rechte Spalte, Zeile
8 von unten), doch wird auf den Einfluss der Bahnfeuchtigkeit auf
die Papierqualität
nicht näher eingegangen.
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Aus
der
DE 37 35 438 C1 ist
ein Verfahren zum Betrieb eines Kalanders sowie ein entsprechender
Kalander bekannt, bei dem bei Schonung des spezifischen Volumens
des Bahnmaterials die gewünschten
Eigenschaften (Glätte,
Glanz und dgl.) des Bahnmaterials dadurch erreicht werden sollen, dass
die Oberwalze vor dem Schließen
des obersten Walzenspaltes in einer dem Verlauf der obersten Mittelwalze
entsprechende Form vorgeformt wird. Auch diese Druckschrift beschäftigt sich
somit mit der Beeinflussung der Druckverhältnisse im Walzenspalt. Dem
Kalander kann ferner eine Papierbahn-Befeuchtungseinrichtung vorgeschaltet
sein, durch die die Papierbahn zusätzlich entsprechend der gewählten Walzentemperatur
(Trocknungsleistung) befeuchtet wird, um die Festigkeit und Bedruckungseigenschaften
der Papierbahn zu steigern. Aus
2 ergibt
sich, dass die Befeuchtungseinrichtung nahe an dem ersten Walzenspalt
angeordnet ist, so dass das Feuchtigkeitsprofil beim Durchlaufen
des Walzenspaltes nicht ausgeglichen sein kann. Bei dem bekannten
Kalander handelt es sich um einen Offline-Kalander, bei dem ganz
andere Einflussfaktoren zu berücksichtigen
sind, als bei der Online-Kalandrierung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Papierqualität bei der Online-Kalandrierung
noch weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Die aus der Papiermaschine kommende, online einem Superkalander
(Multinip-Softkalander)
zugeführte
Papierbahn wird vor dem Durchlaufen des ersten Walzenspaltes mit
Sprühnebel
befeuchtet, wobei der Sprühnebel
etwa 0,6 bis 1,2 s, vorzugsweise 0,8 bis 1 s, bevor die Papierbahn den
ersten Walzenspalt durchläuft
auf die Papierbahn aufgebracht wird.
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Das
Befeuchten von Papierbahnen mit Hilfe von Düsenfeuchtern ist grundsätzlich bekannt.
Ein hierfür
geeigneter Sprühkopf
ist beispielsweise aus der
DE
38 19 762 C2 bekannt. Da beim Besprühen aber einzelne Tropfen auf
die Papierbahn aufgebracht werden, erfolgt zwangsläufig eine
ungleichmäßige Befeuchtung
der Papierbahn. Eine derartige Befeuchtung wird daher bislang nur
bei der Offline-Behandlung von Papierbahnen eingesetzt, so daß die Feuchtigkeit
ausreichend Zeit hat, sich gleichmäßig über die Papierbahn zu verteilen.
Die Online-Befeuchtung wird bislang mittels Dampfblaskästen durchgeführt, wobei
die beim Sprühnebel
qua definitionem auftretende Tropfenbildung gerade verhindert werden
soll. Mit der Erfindung wurde aber nun erkannt, daß die Wahl
eines entsprechenden Abstandes zwischen der Sprühnebelbefeuchtung und dem ersten
Walzenspalt des Superkalanders auch bei der Online-Installation
und mit Papiermaschinengeschwindigkeit geförderter Papierbahn eine gleichmäßig befeuchtete
Papierbahn erreichbar ist. Es wurde festgestellt, daß eine Zeitdauer
von 0,6 bis 1,2 s, vorzugsweise 0,8 bis 1 s ausreicht, um eine gleichmäßig befeuchtete
Papierbahn zu erhalten. Die örtliche
Anordnung der Befeuchtungseinrichtung hängt somit wesentlich von der
Papiermaschinengeschwindigkeit ab. Bei einer üblichen Papiermaschinengeschwindigkeit
von bis zu 1.400 m/min ergibt sich bei einer angestrebten Einwirkzeit
von 0,7 s ein räumlicher
Abstand der Befeuchtungseinrichtung von dem ersten Walzenspalt von
ca. 16 m. Dies ist in Papiermaschinen mit entsprechenden Umlenkungen
der Papierbahn ohne weiteres realisierbar.
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Um
eine ausreichend schnelle Vergleichmäßigung der tropfenweise auf
der Papierbahn auftreffenden Feuchtigkeit zu gewährleisten, ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß der
Sprühnebel
als feiner gleichmäßiger Nebel
mit einer durchschnittlichen Tropfengröße < 50 μm,
vorzugsweise <=
20 μm aufgebracht
wird. Die Bildung zu großer
Tropfen würde
eine Vergleichmäßigung der
Feuchteverteilung in der Papierbahn verhindern, was zu einer Qualitätsverschlechterung
bei der Behandlung in den Walzenspalten führen würde.
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Da
die Papierbahn, insbesondere bei einer Bedampfung unmittelbar vor
dem ersten Walzenspalt, wie es in der
DE 43 01 023 C2 vorgeschlagen wird, im Kalander
schonend behandelt wird, ist es möglich, dem Kalander die Papierbahn
mit einer relativ hohen Ausgangsfeuchte zuzuführen. Erfindungsgemäß ist daher
vorgesehen, daß der
Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn durch die Sprühnebelbefeuchtung um ca. 5
bis 7% erhöht
wird. Ausgehend von einer durchschnittlichen Feuchte von 2 bis 4%
nach verlassen der Papiermaschine weist die Papierbahn nach der
Befeuchtung somit eine Feuchte von etwa 7 bis 11% auf. Durch den
erhöhten
Feuchtegehalt wird eine bessere Verformbarkeit der Papierbahn am
ersten Nip des Superkalanders ermöglicht.
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Ein
besseres Eindringen der Feuchtigkeit in die Papierbahn wird in Weiterbildung
der Erfindung dadurch erreicht, daß der Sprühnebel mit Wasser mit verringerter
Oberflächenspannung
erzeugt wird. So wird der Sprühnebel
erfindungsgemäß mit warmen Wasser
erzeugt oder dem Sprühnebelwasser
werden Tenside oder dergleichen zugesetzt, um die Oberflächenspannung
zu verringern.
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Die
Tröpfchengröße wird
erfindungsgemäß dadurch
verringert, daß der
Sprühnebel
mit Luft versprüht
wird.
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Erfindungsgemäß ist weiter
vorgesehen, daß die
Feuchte der Papierbahn vor und/oder hinter dem Befeuchter ermittelt
und daß die
Befeuchtung in Abhängigkeit
von den ermittelten Feuchte-Istwerten und vorgegebenen Sollwerten
geregelt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung werden der Glanz und/oder die Glätte der
Papierbahn gemessen und eventuelle Glanz- und/oder Glätteunterschiede über die
Breite der Papierbahn ermittelt. Die einzelnen Sprühköpfe des
Düsenbefeuchters
können
einzeln angesteuert werden, so daß die Nebelaufbringung in Querrichtung
der Papierbahn auf die ermittelten Glanz- und/oder Glätteunterschiede
abgestimmt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Ober- und Unterseite der Papierbahn befeuchtet, so daß die auf
die einzelne Seite aufzubringende Feuchtigkeitsmenge entsprechend
reduziert werden kann. Außerdem können bei
einer lediglich einseitig befeuchteten Papierbahn Flachlageprobleme
auftreten, d.h. es könnte
eine leichte Aufbiegung der Randbereiche erfolgen.
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Schließlich ist
es Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung, daß die Papierbahn
unmittelbar vor dem ersten Walzenspalt des Superkalanders mit Dampf
befeuchtet und durch den Walzenspalt geführt wird, bevor die durch die
Dampfbeaufschlagung entstandene erhöhte Feuchte der Oberfläche unter
einen vorbestimmten Wert im Bereich von 12% bis 25% abgesunken ist.
Hierdurch wird, wie bereits oben beschrieben, die Beeinflussung
der Papierbahn durch den Walzenspalt im wesentlichen auf die Oberflächenbereiche
der Papierbahn beschränkt
und eine schonendere Behandlung der Papierbahn im Superkalander
ermöglicht.
Durch die Bedampfung können außerdem Flachlageprobleme
kompensiert werden, so daß die
Papierbahn ordnungsgemäß flach
in den Superkalander eintritt.
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Die
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Online-Kalandrierung von
Papier durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
die Befeuchtungseinrichtung je wenigstens einen der Ober- und der Unterseite
der Papierbahn zugeordneten Düsenfeuchter
auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Düsenfeuchter
eine Absaugung vorgesehen, mit der der Nebel im Aggregat gehalten
werden kann und ein gleichmäßiger Abstand der
Papierbahn zu den Düsen
gewährleistet
werden kann. Die Absaugung erzeugt einen Unterdruck, der die Tatsache
kompensiert, daß die
Papierbahn durch die Sprühbefeuchtung
von dem Düsenfeuchter weggedrückt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind insbesondere die Düsen zur
Befeuchtung der Oberseite der Papierbahn horizontal angeordnet,
da eine nach unten gerichtete Besprühung zu Tropfenproblemen führen könnte.
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Vorzugsweise
sind in dem Düsenfeuchter eine
Vielzahl von Sprühköpfen nebeneinander
angeordnet, die erfindungsgemäß einzeln
oder in Gruppen ansteuerbar sind. Dadurch wird es ermöglicht, festgestellte
Glanz- und/oder Glätteunterschiede
in Querrichtung der Papierbahn durch entsprechende Steuerung der
Sprühstärke einzelner
Sprühdüsen zu kompensieren.
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Unmittelbar
vor dem ersten Walzenspalt des Superkalanders ist erfindungsgemäß eine Dampfabgabeeinrichtung
vorgesehen, so daß die
durch die Dampfbeaufschlagung bewirkte Temperatur- und Feuchteerhöhung der
Papierbahn noch nicht ausgeglichen ist, wenn die Papierbahn den
Walzenspalt durchläuft.
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In
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist je eine Dampfabgabeeinrichtung
auf beiden Seiten der Papierbahn vor dem ersten Walzenspalt des
Superkalanders angeordnet, so daß die Verbesserung der Glanz-
und Glätteeigenschaften
sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Papierbahn
gleichzeitig erfolgt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß vor und/oder
hinter der Befeuchtungseinrichtung ein Meßrahmen vorgesehen ist, mit
dem die Feuchtigkeit der Papierbahn erfaßt wird, wobei die ermittelten
Meßwerte
zur Steuerung der Befeuchtungseinrichtung und/oder der Dampfabgabeeinrichtung
herangezogen werden.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Online-Kalandrierung von Papier und
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2 einen
Schnitt durch einen Düsenfeuchter.
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Eine
Vorrichtung 1 zur Online-Herstellung von Papier mit hoher
Glätte,
insbesondere SC-A-Papier, weist zum einen eine Papiermaschine auf,
von der in der Zeichnung lediglich der letzte Abschnitt der Trockenpartie 2 angedeutet
ist. Die nähere
Ausgestaltung der Papiermaschine spielt für die Erfindung keine Rolle.
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In
dem hier dargestellten Abschnitt der Trockenpartie 2 der
Papiermaschine umläuft
eine Papierbahn 3 zwei Saugwalzen 4, 4' und zwei Trocknungswalzen 5, 5', wobei die
Feuchtigkeit der Papierbahn 3 auf etwa 2 bis 4% abgesenkt
wird und die Papierbahn die notwendige Stabilität erhält. Die Feuchtigkeit wird über einen
Feuchtigkeitsmeßrahmen 6 erfaßt.
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Anschließend an
die Trockenpartie 2 durchläuft die Papierbahn 3 eine
Befeuchtungseinrichtung 7, die je einen Düsenfeuchter 7, 8 für die Ober-
und Unterseite 3a, 3b der Papierbahn 3 aufweist.
Der Aufbau der Düsenfeuchter 8, 9 wird
später
beschrieben. Hier sei nur darauf hingewiesen, daß der der Oberseite 3a der
Papierbahn 3 zugeordnete Düsenfeuchter 9 derart
angeordnet ist, daß das
Aufsprühen der
Feuchtigkeit auf die Papierbahn 3 im wesentlichen waagerecht
erfolgt.
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Im
Anschluß an
die Befeuchtungseinrichtung 7 wird der Feuchtegehalt der
Papierbahn 3 wieder über
einen Meßrahmen 10 erfaßt.
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Anschließend wird
die Papierbahn 3 online einem Superkalander 11 zugeführt, der
aus einer Vielzahl von Walzenspalten (Nips) 121 –129 besteht, die nacheinander von der
Papierbahn 3 durchlaufen werden. Mit Superkalander wird
hier ein Multinip-Softkalander bezeichnet. Jeder Walzenspalt 12 wird
durch eine Polymerwalze 13 und eine Stahlwalze 14 gebildet,
die auf wenigstens 125°C,
vorzugsweise bis auf 150°C
aufgeheizt wird. Um die Papierbahn 3 durch die entsprechenden
Walzenspalte 12 zu führen,
sind Umlenkrollen 15 vorgesehen.
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Unmittelbar
vor dem ersten Walzenspalt
121 des
Superkalanders
11 ist eine Dampfabgabeeinrichtung
16 vorgesehen,
die insbesondere aus einem Dampfblaskasten bestehen kann, wie er
in der
DE 43 01 023
C2 beschrieben ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind Dampfabgabeeinrichtungen
16,
16' auf der Ober-
bzw. Unterseite
3a, b der Papierbahn
3 vorgesehen.
Der Dampfabgabeeinrichtung
16,
16' ist eine Absaugung
17 zugeordnet, über die übersättigte Luft
abgesaugt wird.
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In
dem Superkalander 11 sind vor weiteren Nips 122 , 127 weitere
Dampfabgabeeinrichtungen 18 vorgesehen, über die
die Papierbahn 3 nachgefeuchtet wird, um den Feuchteverlust
in den Walzenspalten 12 teilweise wieder auszugleichen.
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Im
Anschluß an
den Superkalander 11 ist ein Meßrahmen 19 vorgesehen,
der den Glanz und/oder die Glätte
der Papierbahn 3 ermittelt.
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In 2 ist
ein Düsenfeuchter 8, 9,
mit dem die Befeuchtung der Papierbahn 3 in der Befeuchtungseinrichtung 7 erfolgt,
näher dargestellt.
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Der
Düsenfeuchter
8,
9 weist
ein Gehäuse
20 auf,
an dessen der Papierbahn zugewandten Seite eine Mehrzahl nebeneinander
angeordneter Sprühköpfe
21,
wie sie beispielsweise aus der
DE 38 19 762 C2 bekannt sind, angeordnet
ist. Die Sprühköpfe
21 sind
einzeln oder in Gruppen derart ansteuerbar, daß die Sprühstärke variiert werden kann. An dem
Gehäuse
20 ist
außerdem
eine Tropfwanne
22 vorgesehen, in der sich kondensierende
Flüssigkeit sammeln
kann. Die Tropfwanne
22 ist zu Montage- und Wartungszwecken
um ein Gelenk
23 verschwenkbar, so daß das Innere des Gehäuses
20 und
die Sprühköpfe
21 zugänglich sind.
An dem Gehäuse
20 ist
im Bereich der Tropfwanne
22 außerdem eine Absaugung
24 vorgesehen, über die
der Nebel in dem Aggregat gehalten und die Papierbahn auf einen
gleichmäßigen Abstand
zu den Sprühköpfen
21 gebracht
werden kann. Um den Bereich, in dem Wasser auf die Papierbahn aufgesprüht wird,
zu schützen
und eine Störung
der Befeuchtung zu vermeiden, sind an der Trieb- und Führerseite
Randabdeckungen
25 vorgesehen, die einstellbare Dichtleisten
26 aufweisen
können. Über Lochbleche
27 wird ein
Druckausgleich im Sprühbereich
erreicht und die Rückführung von
eventuell kondensierender Feuchtigkeit in die Tropfwanne
22 ermöglicht.
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An
Stelle des in 1 gezeigten Superkalanders 11 kann
auch ein sog. Double-Stack-Superkalander verwendet werden, bei dem
zwei Gruppen von Walzenspalten hintereinander angeordnet sind, die
nacheinander von der Papierbahn durchlaufen werden. Hierdurch wird
die Bauhöhe
des Kalanders vermindert. Im übrigen
bleibt die Vorrichtung 1 unverändert. Das erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich bei
einem Double-Stack-Superkalander in gleicher Weise durchführen wie
bei dem in 1 dargestellten Kalander.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beschrieben:
Die
in üblicher
Weise aus der Trockenpartie 2 der Papiermaschine austretende
Papierbahn 3 weist eine Feuchtigkeit von etwa 2 bis 4%
(Gewichtsprozent) auf, die über
den Meßrahmen 6 überprüft wird.
In der Befeuchtungseinrichtung 7 wird über die Düsenfeuchter 8, 9 Sprühnebel auf
die Ober- und Unterseite 3a, b der Papierbahn 3 aufgesprüht. Da die
Aufnahmedauer der Feuchtigkeit in die Papierbahn 3 wesentlich
von der Tropfengröße abhängt, sollte
die durchschnittliche Tröpfchengröße < 50 μm, vorzugsweise <= 20 μm sein. Insbesondere
ist darauf zu achten, einen feinen gleichmäßigen Feuchtnebel zu erzeugen,
der durch entsprechende Steuerung der Sprühköpfe 21 dosierbar ist.
Um das Eindringen der Feuchtigkeit in die Papierbahn 3 zu
erleichtertn, ist die Oberflächenspannung
des für
den Sprühnebel verwendeten
Wassers durch Erwärmen
und/oder den Zusatz von Tensiden oder dergleichen verringert. Im
Anschluß an
die Befeuchtung in der Befeuchtungseinrichtung 7 wird die
Feuchtigkeit der Bahn im Meßrahmen 10 erneut überprüft, wobei
die Papierbahn 3 hier eine Feuchte von etwa 7 bis 11% aufweist.
Mit der Befeuchtungseinrichtung wird somit eine Feuchteerhöhung um
5 bis 7% erreicht. Um zu gewährleisten,
daß sich
die tropfenförmig
auf die Papierbahn 3 aufgebrachte Feuchtigkeit gleichmäßig in der
Papierbahn verteilen kann, ist die Befeuchtungseinrichtung 7 etwa
0,6 bis 1,2, vorzugsweise 0,8 bis 1 s vor dem ersten Walzenspalt 121 des Superkalanders 11 angeordnet.
Gegebenenfalls reicht es auch aus, wenn die Befeuchtungseinrichtung 7 nur
0,4 bis 0,6 s vor dem ersten Walzenspalt 121 angeordnet
ist. Die örtliche
Lokalisierung der Befeuchtungseinrichtung 7 hängt somit
von der Papiermaschinengeschwindigkeit ab. Bei einer Papiermaschinengeschwindigkeit
von etwa 1.400 m/min und einem gewünschten Zeitintervall von 0,7
s zwischen Befeuchtung und erstem Walzenspalt ergibt sich somit
ein Abstand von etwa 16,3 m. Bei einer Veränderung der Papiermaschinengeschwindigkeit
muß die
Befeuchtungseinrichtung 7 entsprechend verschoben werden.
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Mit
der Dampfabgabeeinrichtung 16, 16' wird nun unmittelbar vor dem ersten
Nip 121 des Superkalanders 11 heißer, tröpfchenfreier
Dampf auf die Papierbahnoberfläche
aufgebracht, wobei die Dampftemperatur in der Dampfblaskammer der
Dampfabgabeeinrichtung 16, 16' etwa im Bereich von 102°C bis 110°C liegt,
um ein Kondensieren des Dampfes auszuschließen. Die Dampfabgabeeinrichtung 16, 16' wird möglichst
dicht an den Walzenspalt 121 herangebracht,
wobei die Entfernung wiederum in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit,
mit der die Papierbahn 3 den Walzenspalt 12 durchläuft, eingestellt werden
kann. Der aus der Dampfabgabeeinrichtung 16, 16' austretende
Dampf breitet sich mit einem relativ gleichmäßigen Druck und einer gleichmäßigen hohen
Geschwindigkeit von beispielsweise 25 m/s oder mehr aus. Sobald
der Dampf mit der relativ kalten Papierbahn 3 in Berührung kommt,
kondensiert er, wobei er die Temperatur an der Oberfläche der Papierbahn 3 drastisch
erhöht.
Bei einer etwa 30°C kalten
Papierbahn 3 wird die Oberfläche nach der Kondensation des
Dampfes etwa 90°C
heiß sein. Gleichzeitig
bildet sich durch den kondensierten Dampf ein Feuchtigkeitsfilm,
dessen Stärke
beispielsweise im Bereich eines Tausendstelmillimeters liegt. Bei
der Kondensation ergibt sich eine fast schlagartige Temperaturerhöhung der
Oberfläche der
Papierbahn 3, die sich aber innerhalb sehr kurzer Zeit über die
Dicke der Papierbahn 3 ausgleicht, so daß die Papierbahn 3 innerhalb
von Sekundenbruchteilen eine gleichmäßige Temperaturverteilung hat. Die
Vergleichmäßigung der
Feuchteverteilung dauert etwas länger,
da die Feuchtigkeit langsamer als die Temperatur in die Papierbahn 3 eindringt.
(Bei der Bedampfung erfolgt die Vergleichmäßigung jedoch erheblich schneller
als bei der Sprühnebelbefeuchtung.)
Deswegen hat die oberste Schicht (bei einem SC-A-Papier eines Stoffgewichts
von ca. 50 g/m2 etwa ein Drittel der Papierbahn) eine
wesentlich höhere
relative Feuchtigkeit als der mittlere Bereich der Papierbahn 3.
Je weiter die Feuchtigkeit in das Innere der Papierbahn 3 vordringt,
desto stärker
nimmt die relative Feuchtigkeit ab. Bevor die Feuchte der Oberfläche (oberes
bzw. bei Bedampfung von unten unteres Drittel) der Papierbahn 3 aber
unter einen vorbestimmten Wert im Bereich von 12% bis 25%, insbesondere
von 16 bis 25% abgesunken ist, durchläuft die Papierbahn 3 den
ersten Nip 121 des Superkalanders 11.
Auch die Temperatur der Papierbahn 3 ist zu diesem Zeitpunkt
noch nicht ausgeglichen, vielmehr sollte die durch die Dampfbeaufschlagung
bedingte Temperaturerhöhung
im mittleren Drittel der Papierbahn das l/e-fache der Temperaturerhöhung der
Oberfläche
der Papierbahn noch nicht erreicht haben.
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In
dem ersten Nip 121 des Superkalanders 11 wird
die Papierbahn 3 behandelt, indem die Oberfläche der
Papierbahn 3, die noch die erhöhte Temperatur und Feuchtigkeit
aufweist, geglättet
bzw. mit erhöhtem
Glanz versehen wird. Die weiter innen liegenden Bereiche der Papierbahn 3 werden
durch den Walzenspalt 121 nicht
nennenswert verändert.
Anschließend
durchläuft
die Papierbahn 3 die weiteren Walzenspalte 122 bis 129 des
Superkalanders 11, wobei die Papierbahn 3 vor
einzelnen Nips noch durch die Dampfabgabeeinrichtungen 18 nachgefeuchtet wird,
um die Glanz- und Glätteerhöhung zu
verbessern.
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Auf
der Basis der ermittelten Meßwerte
der Meßrahmen 6 und 10 und
vorgegebener Sollwerte wird die Befeuchtung durch die Befeuchtungseinrichtung 7 und
die Dampfabgabe durch die Dampfabgabeeinrichtungen 16, 16' gesteuert.
In ähnlicher
Weise dienen die von dem Meßrahmen 19 ermittelten Glanz-
und/oder Glättewerte
zusammen mit entsprechend vorgegebenen Sollwerten zur Steuerung
der Dampfbeaufschlagung in der Dampfabgabeeinrichtung 16, 16' sowie ggf.
der Heizung der Kalanderwalzen 14.
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Mit
der Erfindung wird dem Superkalander 11 eine Papierbahn 3 mit
hoher Anfangsfeuchte zugeführt,
was in Verbindung mit der schonenden Behandlung der Papierbahn mit
hoher Feuchtigkeit und Temperatur in den Oberflächenbereichen die Online-Herstellung von Papier
mit hervorragenden Glättewerten
ermöglicht.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Trockenpartie
- 3
- Papierbahn
- 3a
- Oberseite
- 3b
- Unterseite
- 4,
4'
- Saugwalze
- 5,
5'
- Trocknungswalze
- 6
- Meßrahmen
(Feuchte)
- 7
- Befeuchtungseinrichtung
- 8
- Düsenfeuchter
- 9
- Düsenfeuchter
- 10
- Meßrahmen
(Feuchte)
- 11
- Superkalander
- 121–129
- Walzenspalt
(Nip)
- 13
- Polymerwalze
- 14
- Stahlwalze
- 15
- Umlenkrolle
- 16,
16'
- Dampfabgabeeinrichtung
- 17
- Absaugeinrichtung
- 18
- Dampfabgabeeinrichtung
- 19
- Meßrahmen
(Glanz)
- 20
- Gehäuse
- 21
- Sprühkopf
- 22
- Tropfwanne
- 23
- Gelenk
- 24
- Absaugung
- 25
- Randabdeckung
- 26
- Dichtleiste
- 27
- Lochblech