DE3721734C2

DE3721734C2 -

Info

Publication number: DE3721734C2
Application number: DE3721734A
Authority: DE
Inventors: Hans 7907 Langenau De Loser; Tri Chau-Huu; Albrecht 7920 Heidenheim De Meinecke
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1987-07-01
Filing date: 1987-07-01
Publication date: 1991-05-02
Also published as: SE466857B; ATA134888A; SE8802334D0; SE8802334L; US4882855A; DE3721734A1; AT391720B; US4982513A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft auch eine zu dessen Durchführung bestimmte Papier- oder Kartonmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Moderne, schnellaufende Papier- oder Kartonmaschinen haben eine Trockenpartie, z. B. gemäß DE-PS 27 30 149, mit einer Vielzahl von Trockenzylindern gleichen Durchmessers. Dieser beträgt im Regel fall 1,25 m oder 1,5 m oder 1,8 m. Die Trockenzylinder sind in zwei übereinanderliegenden Reihen angeordnet und mit Dampf beheizt. Die der Aufwärmung der nassen Bahn dienenden ersten Trockenzylinder haben eine niedrigere Oberflächentemperatur als die folgenden Trockenzylinder. Üblicherweise steigt die Temperatur der Trockenzylinder stufenweise in Bahnlaufrichtung. Der Antrieb der Trockenzylinder ist gruppenweise zusammengefaßt. Die Bahn wird von Reihe zu Reihe wechselnd mäanderförmig durch die Trockenpartie geführt. Dabei umschlingt die laufende Bahn die Trockenzylinder mit annähernd gleichem Zentriwinkel.

In der Zeitschrift "Wochenblatt für Papierfabrikation" 1/1974, Seiten 18 bis 24, Abb. 9, ist der Gesamtablauf der Trocknung in einer Papier- oder Kartonmaschine dargestellt. Man erkennt dort den Verlauf der Trocknungsgeschwindigkeit, nachfolgend "Ver dampfungsrate" genannt (verdampfte Wassermenge pro Flächenein heit des Papiers und pro Zeiteinheit) über dem Feuchtigkeitsge halt. Danach unterscheidet man eine Aufwärmephase, in der die Verdampfungsrate steil ansteigt, einen ersten Trocknungsab schnitt mit gleichbleibender Verdampfungsrate und einen zweiten Trocknungsabschnitt mit abnehmender Verdampfungsrate.

Der vorliegenden Erfindung gingen Messungen voraus an feuchten, auf einem einzelnen rotierenden, beheizten Trocken zylinder zu trocknenden Papierbahnen. Diese Messungen haben ergeben, daß die verdampfte Wassermenge pro m² Papier während die Kontaktzeit der Bahn auf dem Zylinder einen Verlauf nimmt, wie er in Fig. 1 der Zeichnung in den Kurven a₁, b₁ und c₁ dargestellt ist. Dort ist in der Abszisse die Kontaktzeit t und in der Ordinate die ver dampfte Wassermenge W pro m² Papier aufgetragen. Die Oberflächen temperatur des Trockenzylinders ist konstant. Den drei Kurven a₁, b₁ und c₁ in Fig. 1 ist eine von unten nach oben höhere Papierfeuchte F bei Trocknungsbeginn zugeordnet.

Aus dem Verlauf der Kurven ist ersichtlich, daß diese einen Wende punkt WP durchlaufen, in dem die Verdampfungsrate (das ist die verdampfte Wassermenge pro Flächeneinheit und Zeiteinheit) der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit ihrem maximalen Wert hat. Diese Erkenntnis ist neu. Nach dem Bereich maximaler Verdampfungsrate sinkt bei länger anhaltendem Kontakt der Bahn auf dem Trocken zylinder die Verdampfungsrate. Man erkennt außerdem, daß bei höherer Papierfeuchte (Kurve a₁) der Bereich maximaler Verdampfungsrate nach längerer Kontaktzeit t_a erreicht wird als bei niedriger Papierfeuchte (Kurven b₁ und c₁).

Diese Darstellung der Kurven in Fig. 1 gibt lediglich deren qualitativen Verlauf wieder. Es ist selbstverständlich, daß eine quantitative Bestimmung der Verdampfung der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit unter anderem abhängig ist vom Wert der Papier feuchte, der Papiersorte und dem Flächengewicht, der Temperatur des Trockenzylinders und der Kontaktzeit der Bahn auf dem Trocken zylinder. Die Kontaktzeit wiederum ist abhängig von der Maschinen geschwindigkeit, dem Trockenzylinderdurchmesser und dem Zentri winkel der Bahnumschlingung auf dem Zylinder. Entsprechendes gilt für die Trocknung von Kartonbahnen.

Aus den Kurven der Fig. 1 kann der Verlauf der Verdampfungsrate über der Zeit abgeleitet werden. Es ergeben sich dabei Kurven, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Dort ist in der Abszisse die Kontaktzeit t mit gleichem Maßstab wie in Fig. 1, in der Ordinate die Verdampfungsrate V aufgetragen. Dabei ist die Kurve a₂ großer Papierfeuchte, die Kurve b₂ sowie die Kurve c₂ sind jeweils entsprechend Fig. 1 niedrigerer Papierfeuchte zugeordnet. Aus dem qualitativen Verlauf der Kurven ist ersichtlich, daß (unter der Voraussetzung gleicher Trockenzylindertemperatur) der Bereich maximaler Verdampfungsrate bei großer Papierfeuchte (nach längerer Kontaktzeit (Da) erreicht wird als bei geringerem Feuchtigkeitsgehalt. Wiederum unter der Voraussetzung konstanter Maschinengeschwindigkeit und gleichem Zentriwinkel der Bahn umschlingung folgt hieraus, daß zum Erreichen der maximalen Ver dampfungsrate V_max beim Lauf der Bahn um den entsprechenden Trockenzylinder die feuchtere Bahn um einen Durchmesser größeren Zylinder geführt werden muß als eine weniger feuchte Bahn. Der in der Abszisse der Fig. 1 angegebenen jeweiligen Kontaktzeit zum Erreichen des Maximalwertes der Verdampfungsrate V_max ist daher jeweils ein hierzu erforderlicher Zylinderdurchmesser D zuge ordnet.

Da aber, wie eingangs erwähnt, die Trockenzylinder bei modernen schnellaufenden Papier- oder Kartonmaschinen durchmessergleich sind, der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn aber in Bahnlaufrichtung abnimmt, ist die Trockenpartie bisher wegen der fehlenden Erkennt nis des Bereichs maximaler Verdampfungsrate nicht entsprechend gestaltet worden. Außerdem hat man bei den verwendeten Trocken zylinderdurchmessern und den hohen Maschinengeschwindigkeiten den Bereich maximaler Verdampfungsrate zumindest in wesentlichen Bereichen der Trockenpartie nicht erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Trocknen einer laufenden Bahn zu schaffen, mit dem eine höhere Trocknungsleistung in der Trockenpartie erzielt werden kann. Eben so soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Papier- oder Kartonmaschine geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird einerseits durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Lösung ist insofern vorteilhaft, als durch das Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate auf dem von der feuchten Bahn jeweils umschlungenen Trockenzylinder die zur Trocknung der Bahn insgesamt benötigte Kontaktzeit verkürzt wird. Diese Verkürzung wird durch die intensivere Trocknung der Bahn erzielt, da die im Verlauf des Trocknungsvorganges sich von Trockenzylinder zu Trockenzylinder ändernden Eigenschaften der Bahn, insbesondere deren von der Bahnfeuchte und der Zylindertemperatur abhängige Verdampfungsrate Berücksichtigung finden.

Die Aufgabe wird andererseits durch die im Patentanspruch 2 ange gebenen Merkmale gelöst.

Der besondere Vorteil dieser Lösung ist in der Gestaltung der Trockenpartie zu einem kürzeren, mit weniger Trockenzylindern als bisher ausgestatteten Maschinenabschnitt zu sehen, da die Bemessung der Trockenzylinder vom Erreichen des Bereichs maximaler Ver dampfungsrate beim Lauf der Bahn um die Zylinder bestimmt ist. Dies hat eine Verringerung der Zahl der Trockenzylinder im Ver gleich zu Trockenpartien mit Zylindern gleichen Durchmessers, z. B. gemäß DE-OS 27 30 149, zur Folge. Eine geringere Zahl von Trocken zylindern bedeutet aber auch weniger freie Züge der Bahn bei ihrem Lauf von Trockenzylinder zu Trockenzylinder und damit auch eine verringerte Gefahr von den Produktionsprozeß erheblich störenden Bahnabrissen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet.

Mit der in Patentanspruch 3 angegebenen Maßnahme wird die Leistung der Trockenpartie durch an den erfindungsgemäß erkannten Verlauf günstiger Feuchtigkeitsverdampfung angepaßte Trockenzylinder optimiert.

Bei der in Patentanspruch 4 gekennzeichneten Ausgestaltung der Trockenpartie werden zusätzlich Fertigungsbelange berücksichtigt, da mehrere Zylinder gleichen Durchmessers kostengünstig zu fertigen sind.

Die im Patentanspruch 5 angegebenen Maßnahmen dient der Schonung der Bahn, da die sich über mehrere Trockenzylinder erstreckende Auf wärmung vor Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate die Qualität, insbesondere die Oberflächenstruktur der Bahn günstig beeinflußt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 in schematischer Darstellung die Trockenpartie einer Papier- oder Kartonmaschine mit in Bahnlaufrichtung im Durchmesser zunächst zunehmenden Trockenzylindern zur Aufwärmung der Bahn sowie mit im weiteren Verlauf der Trockenpartie sich im Durchmesser verkleinernden Trockenzylindern, auf denen der Bereich maximaler Ver dampfungsrate erzielt wird, als erstes Ausführungs beispiel,

Fig. 4 eine Trockenpartie mit im Durchmesser gruppenweise abgestuften Trockenzylindern als zweites Ausführungsbei spiel.

Die in Fig. 3 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte Mehr zylinder-Trockenpartie 10 ist Teil einer im übrigen nicht gezeichneten, mit einer festgelegten Produktionsgeschwindigkeit betriebenen Papier- oder Kartonmaschine. Die Trockenpartie 10 besteht aus in zwei übereinanderliegenden Reihen 11 und 12 angeordneten Trocken zylindern 13 bis 29. Um diese ist eine Bahn 30 (in Laufrichtung von links nach rechts in Fig. 3) von Reihe zu Reihe mäanderförmig wechselnd geführt. Aufgrund der Anordnung der Trockenzylinder 13 bis 29 sowie der endseitigen Leitwalzen 31 und 32 umschlingt die Bahn 30 die einzelnen Trockenzylinder mit annähernd gleichem Zentriwinkel α.

Die Trockenzylinder 13 bis 29 der Trockenpartie 10 sind beheizt, so daß die einzelnen Zylinder in Bahnlaufrichtung stufenweise steigende Oberflächentemperaturen aufweisen. Die im Anfangsteil A der Trockenpartie 10 angeordneten Trockenzylinder 13 bis 18 haben einen in Bahnlaufrichtung zunehmenden Durchmesser. Die Dauer des Kontaktes der Bahn 30 mit der Umfangsfläche dieser Zylinder 13 bis 18 nimmt daher in Bahnlaufrichtung zu. Die im folgenden Teil B der Trockenpartie 10 angeordneten Trockenzylinder 19 bis 29 haben dagegen ausgehend vom durchmessergrößten Trockenzylinder 19 der Trockenpartie einen sich in Bahnlaufrichtung verkleinernden Durch messer.

Im Anfangsteil A der Trockenpartie 10 wird die aus einer nicht dargestellten Pressenpartie der Papier- oder Kartonmaschine kommende feuchte Bahn 30 erwärmt. Die Erwärmung der Bahn 30 erfolgt dabei in schonender Weise, da zum einen die Oberflächentemperatur der Trockenzylinder 13 bis 18 wie erwähnt abgestuft zunimmt und zum anderen sich die Kontaktzeit der Bahn auf den einzelnen Zylindern in Bahnlaufrichtung in zahlreichen Stufen verlängert. Erst im Teil B der Trockenpartie 10 wird im Anschluß an die Aufwärmung der Bahn 30 der eingangs beschriebene Bereich maximaler Verdampfungs rate der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit beim Lauf um die einzelnen Trockenzylinder 19 bis 29 erreicht. Die unmittelbar nach dem Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate vom Trocken zylinder 19 abgehobene Bahn 30 läuft mit verringertem Feuchtege halt zum nächsten Trockenzylinder 20 und so weiter. Der jeweils in Bahnlaufrichtung folgende, eine höhere Oberflächentemperatur auf weisende Trockenzylinder macht daher eine immer kürzer werdende Kontaktzeit zum Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate erforderlich. Dies ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Durchmesserabstufung in Bahnlaufrichtung berücksichtigt. Nach der Umschlingung des letzten Trockenzylinders 29 der Trockenpartie 10 hat die Bahn 30 ihren gewünschten Trocknungsgrad erreicht.

Die absoluten Werte der Anzahl der Trockenzylinder in der Trocken partie für Aufwärmung und Trocknung der Bahn, der Durchmesser der einzelnen Trockenzylinder, deren Oberflächentemperatur, der Zentriwinkel der Bahnumschlingung usw. sind in erster Linie abhängig vom Flächengewicht der zu trocknenden Bahn, deren von der Stoffart abhängigen Entwässerungsfähigkeit und der Maschinenge schwindigkeit. Die letztgenannten Kriterien bestimmen daher über wiegend die Abmessungen der Trockenpartie, in der im Anschluß an die Aufwärmung der Bahn der Bereich maximaler Verdampfungsrate der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit erreicht wird.

Eine im Hinblick auf die Trocknung der Bahn optimierte Trockenpartie behält aus folgendem Grund weitgehend ihre günstige Charak teristik auch bei einer produktionstechnischen Änderung des Flächengewichts der zu trocknenden Bahn: Beispielsweise ist mit höherem Flächengewicht in der Regel auch ein ungünstigeres Trock nungsverhalten der Bahn verbunden, welches zum Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate eine längere Kontaktzeit erfordert. Zugleich macht aber ein höheres Flächengewicht der Bahn eine Verringerung der Produktionsgeschwindigkeit erforderlich. Die demzufolge verlängerte Kontaktzeit der Bahn auf dem jeweiligen Trockenzylinder kompensiert somit deren ungünstigeres Trocknungs verhalten.

Ferner hat ein zum Stützen der Bahn bei ihrem Lauf um die Trocken zylinder der Trockenpartie verwendetes Tuch erheblichen Einfluß auf die Bemessung der Zylinder, insbesondere wenn das Tuch, wie in der DE-PS 27 30 149 dargestellt, die Trockenzylinder beider Reihen umschlingt. Bei dieser Ausgestaltung der Trockenpartie berührt die feuchte Bahn nämlich die Trockenzylinder der einen Reihe unmittel bar, die Zylinder der anderen Reihe dagegen unter Zwischenlage des Tuchs. Die Trockenzylinder der letztgenannten Reihe müssen daher wegen des durch das Tuch verschlechterten Wärmeübergangs zum Erreichen des Bereichs maximaler Verdampfungsrate der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit entweder mit höherer Temperatur gefahren oder im Durchmesser größer ausgebildet werden als bei fehlendem Stütztuch.

Bei der in Fig. 4 als zweites Ausführungsbeispiel dargestellten Trockenpartie 40 ist diese im einen Anfangsteil A zur Aufwärmung der Bahn 41 sowie in einem Teil B gegliedert, in dem der Bereich maximaler Verdampfungsrate der in der Bahn enthaltenen Feuchtig keit erreicht wird. Aus fertigungstechnischen Gründen sind die Zylinder 42 bis 47 des Anfangsteils durchmessergleich ausgebildet. Aus dem gleichen Grund sind die Trockenzylinder 48 bis 59 des Teils B in zwei Gruppen B₁ und B₂ mit jeweils gruppenweise durchmessergleichen Zylindern gestaltet. Dabei haben die Trocken zylinder 48 bis 53 der Gruppe B₁ einen relativ großen Durch messer. Die Zylinder 54 bis 59 der Gruppe B₂ weisen dagegen einen kleineren Durchmesser auf, da der bei Erreichen dieses Teils der Trockenpartie 40 verringerte Feuchtigkeitsgehalt der Bahn eine kürzere Kontaktzeit zum Erreichen des Bereichs maximaler Ver dampfungsrate benötigt als am Anfang der Gruppe B₁.

Als Beispiel für die Bemessung der erfindungsgemäßen Trockenpartie 40 sei folgender Vergleich mit einer herkömmlichen Trockenpartie einer Papiermaschine für LWC-(lightweigh coatet) Papier mit einem Flächengewicht von 40 g/m² und einer Produktionsgeschwindigkeit von 1050 m/min gemacht:

Die Maschine weist 54 Trockenzylinder mit gleichem Durchmesser von 1,8 m auf. Die in Bahnlaufrichtung durchnumerierten Zylinder haben folgende Oberflächentemperaturen:

Zylinder 1 bis 15: 60 bis 80°C
Zylinder 16 bis 31: 80 bis 90°C,
Zylinder 32 bis 54: 90 bis 110°C.

Dagegen hat eine nach der erfindungsgemäßen Lehre gestaltete Trockenpartie zur Trocknung der gleichen Bahn bei gleicher Maschinen geschwindigkeit folgende Merkmale:

Zylinder 1 bis 13: Durchmesser 1,8 m, Oberflächentemperatur 60 bis 80°C,
Zylinder 14 bis 29: Durchmesser 2,9 m, Oberflächentemperatur 80 bis 90°C,
Zylinder 30 bis 46: Durchmesser 1,5 m, Oberflächentemperatur 90 bis 110°C.

Es ergibt sich somit eine Reduzierung der Zylinderzahl um 8 Zylinder. Die Trockenpartie kann daher gegenüber einer herkömmlichen Ausführung trotz 16 durchmessergrößerer Trockenzylinder kosten günstiger gebaut werden.

Claims

1. Verfahren zum Trocknen einer laufenden Bahn in einer Mehr zylinder-Trockenpartie einer Papier- oder Kartonmaschine mit beheizten Trockenzylindern, um welche die Bahn unter teilweiser Umschlingung der Zylinder geführt ist, wobei die Oberflächentemperatur der Trockenzylinder in Bahnlaufrichtung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn im Anschluß an ihre im Anfangsteil der Trockenpartie erfolgende Aufwärmung so lange in Kontakt mit dem jeweiligen Trockenzylinder gehalten wird, daß wenigstens der Bereich der maximalen Verdampfungsrate (verdampfte Wassermenge pro Flächeneinheit und Zeiteinheit) der in der Bahn enthaltenen Feuchtigkeit erreicht wird.

2. Papier- oder Kartonmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit in zwei Reihen angeordneten Trockenzylindern, um welche die Bahn von Reihe zu Reihe wechselnd geführt ist, wobei die Bahn die Trockenzylinder, deren Oberflächen temperatur in Bahnlaufrichtung ansteigt, mit wenigstens annähernd gleichem Zentriwinkel umschlingt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Trockenzylinder (z. B. 19, 21, 23, 25, 27, 29) der gleichen Reihe (z.B. 11), auf denen die Bahn (30) im Anschluß an ihre Aufwärmung den Bereich maximaler Verdampfungs rate erreicht, ausgehend von einem durchmessergrößten Trocken zylinder (19) einen sich in Bahnlaufrichtung verkleinernden Durchmesser haben.

3. Papier- oder Kartonmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die in Bahnlaufrichtung aufeinanderfolgenden, dem Bereich maximaler Verdampfungsrate zugeordneten Trocken zylinder (19-29) jeweils im Durchmesser gegenüber dem zurück liegenden Trockenzylinder verkleinert sind.

4. Papier- oder Kartonmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der in Gruppen (B₁, B₂) angeordneten Trockenzylinder (48-53, 54-59) in Bahnlauf richtung gruppenweise abgestuft ist.

5. Papier- oder Kartonmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die der Aufwärmung der Bahn dienenden Trocken zylinder (13-18 bzw. 42-47) im Durchmesser kleiner sind als der erste Trockenzylinder (19 bzw. 48), mit dem Bereich maximaler Verdampfungsrate erreicht wird, wobei die Aufwärmezylinder als Gruppe (A) durchmessergleich (Fig. 4) oder in Bahn laufrichtung mit steigendem Durchmesser (Fig. 3) ausgebildet sind.