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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Faserstoffbahn
durch eine Entwässerungszone
geführt wird,
in der sie zumindest teilweise durch eine Beaufschlagung mit unter
Druck stehendem Verdrängungsgas
entwässert
wird.
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Wasser
kann durch die Anwendung eines Gasdifferenzdrucks aus einer Papierbahn
entfernt werden. Dieses Verfahren wird Verdrängungsentwässerung genannt. Hierbei wird
das sich in den Poren zwischen den Fasern befindende Wasser aus dem
Papiervlies herausgeblasen. Im Vergleich zum konventionellen Naßpressen
in einem einfach oder doppelt befilzten Walzenspalt hat das fertige
Papier ein höheres
spezifisches Volumen bei gleichem Trockengehalt wie nach der mechanischen
Entwässerung.
Mit Hilfe des Verdrängungsentwässerungsprozesses
können
auch andere wichtige Eigenschaften der fertigen Faserstoffbahn wie
Biegesteifigkeit, Porosität
und Opazität
positiv beeinflußt
werden (J.D. Lindsay: "Displacement
dewatering to maintain bulk", Paperi
ja Puu Vol. 74/No. 3/1992). Es wurde auch bereits eine entsprechende
apparative Anordnung für den
Verdrängungsentwässerungsprozeß vorgeschlagen
(W. Kawka u. E. Szwarcztajn: "Some
results of investigations on the equipment for intensive dewatering
and drying of porous papers, EUCEPA-79 International Conference,
London, paper 31, S. 153).
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Wird
auf der Seite des Gasdruckes eine Membran über das Papier gebracht, so
erfolgt aufgrund des Druckabfalls in der Membran eine Kom pression
des Papiers. Wasser wird aus den Fasern in die Poren zwischen den
Fasern gepreßt.
Dieses Wasser wird durch den Gasdifferenzdruck aus den Poren herausgeblasen.
Bei der Verwendung einer Membran erhält man erfahrungsgemäß einen
höheren
Trockengehalt (Kari Räisänen: "High-Vacuum dewatering
on a paper machine wire section – a literature review", Paperi ja Puu,
Vo. 78, Nr. 3, 1996).
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Das
Ausmaß dieser
Kompression hängt
von dem Verhältnis
der Permeabilität
der Membran und des Faservlieses ab. Mit einer gezielten Kompression
können
Trockengehalt und spezifisches Volumen der fertigen Faserstoffbahn
eingestellt werden. Die Kompression des Faservlieses läßt sich
in der Verdrängungsentwässerungsanlage
in der Praxis aber nur schwer steuern, da sich die Membranpermeabilität im Betrieb
der Produktionsanlage nur schwer ändern läßt. Somit ergibt sich bei im übrigen gleichen Prozeßbedingungen
bei einem bestimmten Gasdruck ein bestimmter Trockengehalt und ein
bestimmtes spezifisches Volumen.
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Ziel
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, mit denen die Prozeßparameter des Verdrängungsentwässerungsprozesses
gezielt einstellbar und entsprechend das Ergebnis des Verdrängungsentwässerungsprozesses
bezüglich
des erreichten Trockengehaltes und die papiertechnischen Eigenschaften
des Fertigproduktes wie insbesondere spezifisches Volumen, Porosität, Oberflächenrauhheit
und/oder dergleichen gezielt beeinflußbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
Faserstoffbahn innerhalb der Entwässerungszone nacheinander durch
mehrere Gasdruckimpulse beaufschlagt wird.
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Aufgrund
dieser Ausbildung wird erreicht, daß das viskoelastische Eigenschaften
besitzende Faservlies nur in begrenztem Maße komprimiert wird. Berücksichtigt
man, daß eine
Kompression des Faservlieses mit einer Reduzierung des Fließwiderstands
einhergeht, so kann durch eine Beaufschlagung mit Druckimpulsen
entsprechend kurzer Dauer verhindert werden, daß das Faservlies zu stark komprimiert
wird und damit nicht mehr die erforderliche Gasmenge durch das Faservlies
gedrückt
werden kann.
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Bei
einer zweckmäßigen praktischen
Ausführungsform
wird die Faserstoffbahn innerhalb der Entwässerungszone durch mehrere
im Abstand voneinander angeordnete Verdrängungsentwässerungseinheiten geführt.
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Vorteilhafterweise
ist die Höhe
des Druckes wenigstens eines Gasdruckimpulses einstellbar. Dabei
sind die Drücke
der verschiedenen Gasdruckimpulse zweckmäßigerweise getrennt voneinander
einstellbar. Ist die Faserstoffbahn innerhalb der Entwässerungszone
durch mehrere im Abstand voneinander angeordnete Verdrängungsentwässerungseinheiten geführt, so
sind vorteilhafterweise die innerhalb der verschiedenen Verdrängungsentwässerungseinheiten
vorherrschenden Drücke
entsprechend einstellbar.
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Das
Ausmaß der
Kompression kann somit zumindest teilweise z.B. durch die Höhe des in
den jeweiligen Verdrängungsentwässerungseinheiten herrschenden
Druckes bestimmt werden.
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Somit
können
durch eine individuelle Steuerung der Gasdruckimpulse der Entwässerungsprozeß gesteuert
und Eigenschaften wie Trockengehalt, Dichte, Porosität und/oder
dergleichen beeinflußt werden.
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Bei
einer zweckmäßigen praktischen
Ausführungsform
wird die Faserstoffbahn zusammen mit einer Membran durch die Entwässerungszone
geführt
und die Faserstoffbahn durch die Membran hindurch mit dem Verdrängungsgas
beaufschlagt. Grundsätzlich
kann die erfindungsgemäße Verdrängungsentwässerung
jedoch auch ohne eine solche Membran erfolgen.
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Vorzugsweise
wird die von einer Seite her mit Verdrängungsgas beaufschlagte Faserstoffbahn zusammen
mit wenigstens einem Sieb- oder Filzband durch die Entwässerungszone
geführt,
das auf der anderen Bahnseite angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
die Faserstoffbahn innerhalb der Entwässerungszone durch wenigstens
eine Verdrängungsentwässerungseinheit zu
führen,
deren Gasdruck pulsiert, d.h. sich zeitlich vorzugsweise mit einer
bestimmten Frequenz ändert.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angegeben.
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Die
Entwässerungsrichtungen
der verschiedenen Entwässerungseinheiten
können
unterschiedlich sein und z.B. alternierend von oben nach unten verlaufen.
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Auf
der dem Gasdruck abgewandten Seite der Faserstoffbahn kann ein Gewebe
angeordnet sein, das eine Sperrschicht darstellt. Diese Sperrschicht
läßt das entwässerte Fluid
nur in einer Richtung durch, und zwar von der Faserstoffbahn zum Filz
(antirewetting Gewebe). Die Sperrschicht kann im Filz integriert
sein.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Entwässerung
einer Faserstoffbahn, bei der die Faserstoffbahn durch eine Membran
hindurch mit dem Verdrängungsgas
beaufschlagt wird, und
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2 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Entwässerung
einer Faserstoffbahn ohne Membran.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform
einer Vorrichtung 10, zur Entwässerung einer Faserstoffbahn 12.
Bei der Faserstoffbahn 12 kann es sich insbesondere um eine
Papier- oder Kartonbahn
handeln.
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Die
Entwässerungsvorrichtung 10 umfaßt eine
Entwässerungszone
E, in der die Faserstoffbahn 12 zumindest teilweise durch
eine Beaufschlagung mit unter Druck stehendem Verdrängungsgas 14 entwässert wird.
Dabei wird die Faserstoffbahn 12 innerhalb der Entwässerungszone
E durch mehrere im Abstand voneinander angeordnete Verdrängungsentwässerungseinheiten 16 bis 22 geführt. Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind vier solche Verdrängungsentwässerungseinheiten
vorgesehen. Demzufolge wird die Faserstoffbahn 12 innerhalb
der Entwässerungszone
E nacheinander durch mehrere Gasdruckimpulse 141 bis 144 beaufschlagt.
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Dabei
kann die Höhe
des Druckes p1 bis p4 wenigstens
eines Gasdruckimpulses 141 bis 144 einstellbar sein. Zweckmäßigerweise
sind sämtliche Drücke p1 bis p4 einstellbar.
Die Drücke
p1 bis p4 der verschiedenen
Gasdruckimpulse 141 bis 144 können insbesondere
getrennt voneinander einstellbar sein. Im vorliegenden Fall sind
dazu die innerhalb der verschiedenen Verdrängungsentwässerungseinheiten 16 bis 22 vorherrschenden
Drücke
entsprechend einstellbar.
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Die
von einer Seite her mit Verdrängungsgas 14 beaufschlagte
Faserstoffbahn 12 ist zusammen mit wenigstens einem Sieb-
oder Filzband 24 durch die Entwässerungszone E geführt, das
auf der anderen Bandseite angeordnet ist.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Faserstoffbahn 12 überdies zusammen mit einer Membran 26 durch
die Entwässerungszone
E geführt.
Die Faserstoffbahn 12 ist somit durch diese Membran 26 hindurch
mit dem Verdrängungsgas 14 beaufschlagbar.
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Im
vorliegenden Fall wird die Faserstoffbahn 12 von oben her
mit dem Verdrängungsgas 14 beaufschlagt.
Die Membran 26 ist hier also oberhalb des Faservlieses 12 angeordnet.
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Die
in der 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
von der gemäß 1 lediglich
dadurch, daß die
Membran weggelassen ist. Einander entsprechende Elemente sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
Entwässerungsrichtungen
der verschiedenen Entwässerungseinheiten
können
unterschiedlich sein und z.B. alternierend von oben nach unten verlaufen.
So kann beispielsweise eine Hintereinanderschaltung mehrerer Entwässerungszonen
der in den 1 und 2 angegebenen
Art vorgesehen sein.