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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Kreppen einer Cellulosebahn von
einem Drehzylinder zur Bildung von Papier wie beispielsweise Toilettenpapier,
Taschentücher
und Papierhandtücher.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kreppschaber
und ein System zum Kreppen einer Cellulosebahn von einem Drehzylinder.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen
von Papier und von solchem Papier, das eine im Wesentlichen konstante
Dicke und Festigkeit hat.
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Beschreibung des Fachgebiets
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Papier
wird im Allgemeinen durch ein Verfahren hergestellt, bei dem Cellulosefasern
(z. B. Holzfasern) in einer Flüssigkeit
(z. B. in einer Wasser enthaltenden Lösung) dispergiert werden, um
ein Gemisch zu bilden, bei dem die Cellulosefasern in der Flüssigkeit
suspendiert sind. Ein wesentlicher Anteil der Flüssigkeit wird danach aus dem
Gemisch entfernt. Bei der Beseitigung der Flüssigkeit beginnen die Cellulosefasern,
sich miteinander zu verbinden, wodurch eine Cellulosebahn entsteht.
Das Verbinden der Cellulosefasern miteinander entsteht aus dem mechanischen
Ineinandergreifen der Fasern und aus der Wasserstoffbrückenbindung
zwischen den Fasern. Die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Fasern
ist der hauptsächliche
Verbindungsmechanismus.
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Nachdem
zumindest ein Teil der Flüssigkeit aus
dem Gemisch entfernt worden ist, wird die Cellulosebahn auf einem
Drehzylinder, beispielsweise einem beheizten Yankee-Trockner, angeordnet,
um noch mehr Flüssigkeit
aus dem Gemisch zu entfernen. Je nachdem, wie viel Flüssigkeit
noch vorhanden ist, haftet die Cellulosebahn entweder von selbst an
dem Drehzylinder oder sie wird mittels eines Haftmittels auf dem
Drehzylinder angeordnet, welches so aufgebaut ist, dass die Bahn
ohne Beschädigung derselben
wieder von dem Zylinder entfernt werden kann. Nachdem die Bahn auf
dem Zylinder gedreht worden ist, um zusätzliche Feuchtigkeit zu beseitigen,
wird die Bahn wieder vom Drehzylinder entfernt. Anschließend wird
die Bahn entweder auf eine Rolle gewickelt oder sie kann weiter
getrocknet und zu Papier und/oder Papierprodukten verarbeitet werden.
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Die
strukturelle Integrität
und die Festigkeit der Cellulosebahn entstehen aus der mechanischen und
der Wasserstoffbrückenbindung
zwischen den einzelnen Cellulosefasern. Festigkeit und Weichheit des
Papiers sind jedoch umgekehrt proportional zueinander. So nimmt
bei zunehmender Festigkeit des Papiers die Weichheit ab. Bei im
Körperpflegebereich verwendetem
Papier (z. B. Toilettenpapier oder Taschentuchpapier) ist sowohl
die Festigkeit als auch die Weichheit sehr wichtig. Die Verbraucherpräferenz tendiert
dabei insbesondere zu weichem Körperpflegepapier.
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In
herkömmlichen
Verfahren hergestelltes Papier, beispielsweise mit dem oben beschriebenen Verfahren,
wird vom Verbraucher im Allgemeinen als für die Körperpflege unzureichend weich
wahrgenommen. Bei einem gängigen
Verfahren zur Erhöhung
der Weichheit von Papier für
den Körperpflegebereich
wird das Papier gekreppt. Zum Kreppvorgang gehört, dass das Papier mit einem
Kreppschaber von dem Drehzylinder geschabt wird. Beim Kreppen der
Cellulosebahn werden vorteilhafterweise einige Zwischenfaserbindungen
der Cellulosebahn zerstört,
wodurch die Papierweichheit erhöht
und die Festigkeit verringert wird.
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Herkömmliche
Kreppschaber haben im Allgemeinen eine längliche Klinge mit einer ebenen, schrägen Oberfläche, die
die Schabkante bildet. Der Schaber ist im Allgemeinen ungefähr gleich
lang wie der Drehzylinder. Die Schabkante ist zum Drehzylinder hin
angeordnet, um die Cellulosebahn vom Zylinder zu schaben und einige
Zwischenfaserbindungen zu zerstören,
wodurch die Weichheit erhöht
wird. Das Kreppen erhöht
auch die Dicke der Cellulosebahn. Der Begriff der Dicke, wie er
hier verwendet wird, bezieht sich auf die Dicke bzw. Griffigkeit
von Papier. Jedoch haben herkömmliche
Kreppschaber den Nachteil, dass das mit ihrer Hilfe hergestellte
Papier noch keine ausreichende Dicke aufweist.
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Ein
modifizierter Kreppschaber zur Herstellung von Körperpflegepapier, das eine
größere Dicke hat
als mit herkömmlichen
Kreppschabern erzielt werden kann und ein wünschenswertes Maß an Papierfestigkeit
und -weichheit aufweist, ist im US-Patent Nr. 5,656,134 (nachstehend
als „'134-Patent" bezeichnet) offenbart,
dessen vollständige
Offenbarung hier durch Bezugnahme einbezogen ist. Das '134-Patent offenbart
einen Kreppschaber (nachstehend „'134-Schaber") mit einer schrägen Oberfläche, die
bezüglich
der Flächen
des Schabers angeschrägt ist,
sowie mit einer feinen Auszackung, die angrenzend an die schräge Oberfläche in dem
Schaber ausgebildet ist. Die feine Auszackung ist vorzugsweise so
konfiguriert, dass die Unterseite jeder Zacke senkrecht zu den Flächen des
Schabers ist. Mittels der feinen Auszackung kann vorteilhafterweise
Papier bereitgestellt werden, das eine gewünschte Kombination aus Festigkeit,
Weichheit und Dicke aufweist und für die Körperpflege verwendet werden
kann. Siehe hierzu Spalte 3, Zeile 26 bis Spalte 4, Zeile 6 im '134-Patent.
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Zum
Kreppen einer Cellulosebahn wird der '134-Schaber derart auf einem Drehzylinder
(z. B. einem Yankee-Trockner) angeordnet, dass eine Schabkante oder
-oberfläche
die Cellulosebahn von dem Zylinder schabt, wenn sich der Zylinder
mit der auf ihm befindlichen Cellulosebahn dreht. Der Schaber wird
bezüglich
des Zylinders in einem Winkel angeordnet, der als Abrieb- oder Kreppwinkel
bezeichnet wird. Der Abrieb- oder Kreppwinkel ist als Winkel definiert,
dessen Spitze sich am Kontaktpunkt zwischen dem Schaber und dem
Zylinder befindet und dessen Schenkel durch einen Abschnitt einer
Schaberfläche
und einen Abschnitt einer zum Kontaktpunkt tangentialen Linie festgelegt
sind.
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Die
Dicke des mit dem '134-Schaber
hergestellten Papiers wird teilweise durch die wirksame Tiefe der
feinen Zacken bestimmt. Die wirksame Tiefe ist als die Tiefe der
Zacken definiert, die entlang dem Abriebwinkel gemessen wird (d.
h. entlang der Richtung einer zum Zylinder tangentialen Linie am Schaberkontaktpunkt).
Durch den Abrieb des im '134-Patent
offenbarten Schabers verändert
sich die wirksame Zackentiefe. Wenn sich die wirksame Zackentiefe
verändert,
so verändert
sich auch die Dicke und Festigkeit des unter Verwendung des fein
gezahnten Schabers hergestellten Papiers. Sobald die Dicke und Festigkeit
des Papiers, das durch einen dem '134-Schaber entsprechenden Schaber hergestellt
ist, durch die veränderliche
wirksame Zackentiefe nicht mehr innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen
liegen, muss der Kreppschaber ausgetauscht werden.
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Die
Produktionszeit, in der ein Kreppschaber marktfähiges Papier produzieren kann
(d. h. Papier mit einer Dicke und Festigkeit innerhalb der Fertigungstoleranzen),
bevor er ausgetauscht wird, wird als Nutzungsdauer des Schabers
bezeichnet. Die tatsächliche
Nutzungsdauer eines Schabers hängt
von mehreren Faktoren ab, beispielsweise von dem in der Cellulosebahn
enthaltenen Material. Zum Beispiel erzeugt Recyclingmaterial wie
Asche enthaltendes Material tendenziell einen größeren Abrieb an den Kreppschabern
als andere Materialarten.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Kreppschaber eine relativ lange Nutzungsdauer
hat, weil der Austausch eines Kreppschabers extrem teuer ist. Insbesondere
muss jedes Mal, wenn der Kreppschaber ausgetauscht wird, die gesamte
Fertigungsstraße unterbrochen
werden und in dieser Unterbrechungszeit kann kein marktfähiges Papier
hergestellt werden. Darüber
hinaus sind Kreppschaber in ihrer Herstellung relativ teuer.
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Angesichts
des Vorgenannten besteht im Fachgebiet ein Bedarf an einem verbesserten
Kreppschaber, einem verbesserten System zum Kreppen einer Cellulosebahn
und einem verbesserten Verfahren zum Kreppen einer Cellulosebahn.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Kreppschaber zum Kreppen einer Cellulosebahn von einem
Drehzylinder in einem Kreppvorgang vorgesehen, wobei der Kreppschaber
umfasst:
eine erste und eine zweite Seitenfläche, wobei
die erste Seitenfläche
zumindest im Wesentlichen von der zweiten Seitenfläche abgewandt
ist;
eine obere Fläche,
die zur ersten und/oder zweiten Seitenfläche nicht orthogonal ist; und
mehrere
Kerben, wobei jede Kerbe einen Bodenteil und ein offenes Ende hat
und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bodenteil zumindest im
Wesentlichen parallel zur oberen Fläche ist und dass das offene
Ende durch zumindest einen Abschnitt der oberen Fläche festgelegt
ist.
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Gemäß einem
Aspekt ist die obere Fläche eben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt bleibt die wirksame Kerbentiefe jeder Kerbe, die
durch den Abstand zwischen dem Bodenteil und dem offenen Ende in
einer Richtung entlang dem Abriebwinkel des Kreppschabers definiert
ist, im Wesentlichen konstant, wenn der Kontakt zwischen dem Kreppschaber und
dem Drehzylinder den Kreppschaber abnutzt. Vorzugsweise sind Dicke
und Festigkeit der durch den Kreppschaber gekreppten Cellulosebahn
vom Abrieb des Kreppschabers im Wesentlichen unbeeinflusst.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt sind die Kerben so konfiguriert, dass sich der Bodenteil
jeder Kerbe zumindest im Wesentlichen in einer Ebene befindet, die
zumindest im Wesentlichen parallel zur oberen Fläche ist.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt befinden sich der Bodenteil von zumindest einer
Kerbe in einer ersten Ebene, der Bodenteil von zumindest einer anderen
Kerbe in einer zweiten Ebene und die obere Fläche in einer dritten Ebene.
Die erste, zweite und dritte Ebene sind zumindest im Wesentlichen
parallel zueinander und der Abstand zwischen der ersten und der
dritten Ebene unterscheidet sich von dem Abstand zwischen der zweiten
und der dritten Ebene.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt hat der Kreppschaber mehrere Vorsprünge, die
an die Kerben angrenzen und sich von der ersten und/oder der zweiten
Seitenfläche
erstrecken. Zumindest ein Abschnitt der vielen Vorsprünge bildet
zumindest einen Teil des Kreppschabers, der mit der Außenfläche des Drehzylinders
in Kontakt steht. Die Vorsprünge
sind vorzugsweise aus Abschnitten des Kreppschabers gebildet, die
bei der Bildung der Vielzahl von Kerben verschoben werden. Noch
besser sind die Außenflächen der
Vorsprünge
bezogen auf die erste und/oder zweite Seitenfläche in einem Winkel zugerichtet,
der etwa gleich einem Abriebwinkel des Kreppschabers ist, wenn der
Kreppschaber auf der Außenfläche des Drehzylinders
angeordnet ist.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung ein System zum Kreppen
einer Cellulosebahn. Das System beinhaltet einen Drehzylinder und
einen Kreppschaber entsprechend einem der oben beschriebenen Kreppschaber.
Bezogen auf den Zylinder ist der Kreppschaber so angeordnet, dass
der Kreppschaber von einer Außenfläche des Zylinders
eine Cellulosebahn kreppen kann, wenn sich die Bahn auf der Außenfläche befindet
und der Zylinder gedreht wird.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt beinhaltet das System ein Zapfenelement, das mit
dem Kreppschaber gekoppelt ist. Das Zapfenelement ist derart konfiguriert,
dass es den Kreppschaber mit der Außenfläche des Zylinders in Kontakt
hält, wenn
sich der Kreppschaber abnutzt.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Verbesserung eines
Verfahrens zum Herstellen von Papier. Diese Verbesserung beinhaltet
das Kreppen einer Cellulosebahn von einer Außenfläche eines Drehzylinders mittels
eines Kreppschabers entsprechend einem der oben beschriebenen Kreppschaber.
Dicke und Festigkeit der gekreppten Bahn sind im Wesentlichen konstant, wenn
der Kontakt zwischen dem Kreppschaber und der Außenfläche des Drehzylinders den Kreppschaber
abnutzt.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Papier mit im Wesentlichen konstanter
Dicke und Festigkeit, das mittels des oben beschriebenen verbesserten
Herstellungsverfahrens hergestellt ist.
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Es
sollte ersichtlich sein, dass sowohl die vorstehende allgemeine
Beschreibung als auch die nachstehende detaillierte Beschreibung
beispielhaft sind und die beanspruchte Erfindung näher erläutern sollen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen sollen ein besseres Verständnis der
Erfindung ermöglichen,
sie sind in diese Patentbeschreibung eingearbeitet und bilden einen
Teil derselben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen, gemeinsam mit der Beschreibung, der Erklärung der
Erfindungsgrundsätze.
In den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B Perspektivansichten
einer Ausführungsform
eines Kreppschabers;
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2 und 2A Seitenansichten
des Kreppschabers aus den 1A und 1B vor
und nach dem Abrieb durch Kontakt mit einem Drehzylinder;
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3 eine
Perspektiv-Teilansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kreppschabers;
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4A bis 4F schematische
Ansichten verschiedener Querschnitte der Kerben;
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5 eine
schematische Ansicht eines Schritts in einem beispielhaften Verfahren
zur Herstellung von Kerben in einem Kreppschaber;
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6 eine
schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kreppschabers
mit mehreren Kerbentiefen, mehreren Kerbenfrequenzen und mehreren
Kerbenquerschnitten;
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7 eine
schematische Ansicht eines Systems, das den Kreppschaber aus den 1A, 1B und 2 beinhaltet,
welcher bezogen auf einen Drehzylinder angeordnet ist;
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8A und 8B Seitenansichten
eines Kreppschabers des Stands der Technik vor und nach dem Abrieb
durch Kontakt mit einem Drehzylinder;
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9 ein
Diagramm, das die Papierdicke gegenüber dem Schaberabrieb darstellt;
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10 ein
Diagramm, das die Papierfestigkeit gegenüber dem Schaberabrieb darstellt;
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11 eine
schematische Ansicht eines Trockenkreppvorgangs;
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12 eine
schematische Ansicht eines Nasskreppvorgangs;
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13 eine
Ansicht gekreppten Papiers; und
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14 eine
Perspektivansicht eines Kreppschabers des Stands der Technik.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, die beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellt sind, sollen nun detailliert erläutert werden. Wenn möglich werden
in den Zeichnungen und der Beschreibung für gleiche oder gleichartige
Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, und für ähnliche
Elemente werden die gleichen Bezugszeichen mit angehängten Buchstaben
verwendet.
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Es
ist ein Kreppschaber zum Kreppen einer Cellulosebahn von einem Drehzylinder
in einem Kreppvorgang vorgesehen. 1A, 1B und 2 zeigen
Perspektivansichten bzw. eine Seitenansicht einer Ausführungsform
eines Kreppschabers 20 mit einer ersten Seitenfläche 22 und
einer zweiten Seitenfläche 24.
Die Seitenflächen 22, 24 sind
zumindest im Wesentlichen voneinander abgewandt. Vorzugsweise sind
die Seitenflächen 22, 24 parallel
zueinander.
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Der
Schaber 20 hat auch eine obere Fläche 26, die bezogen
auf die erste und/oder zweite Seitenfläche 22, 24 nicht
orthogonal ist. Die obere Fläche 26 ist,
bezogen auf beide Seitenflächen 22, 24,
vorzugsweise im Wesentlichen eben und schräg (d. h. nicht senkrecht).
Die obere Fläche 26 ist,
bezogen auf eine zur ersten und/oder zweiten Seitenfläche 22, 24 senkrechte
Ebene, vorzugsweise schräg,
und zwar in einem Winkel zwischen etwa 0° und etwa 35°. Noch besser ist, wenn der
Winkel der schrägen
oberen Fläche 26 bezogen
auf eine zur ersten und/oder zweiten Seitenfläche 22, 24 senkrechten
Ebene zwischen etwa 0° und
etwa 25° beträgt. Obwohl
die obere Fläche 26 in
den 1A, 1B und 2 eben dargestellt
ist, sollte für
einen Fachmann ersichtlich sein, dass die obere Fläche 26 nicht
notwendigerweise eben sein muss. Zum Beispiel könnte die obere Fläche 26 eine
paraboloide, eine hyperbolische, eine konkave und/oder eine konvexe
Form haben.
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Der
Schaber 20 hat ferner mehrere Kerben 28. Die Kerben 28 sind
vorzugsweise mit gleichmäßigem Abstand
entlang der oberen Fläche 26 angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform
hat zwischen etwa 6 Kerben pro Zoll und etwa 40 Kerben pro Zoll. In
einer anderen Ausführungsform
sind die Kerben 28 nicht gleichmäßig beabstandet.
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Jede
Kerbe 28 hat einen Bodenteil 30 und ein offenes
Ende 32, die sich vorzugsweise beide zwischen den Seitenflächen 22, 24 erstrecken.
Der Bodenteil 30 ist zumindest im Wesentlichen parallel zur
oberen Fläche 26.
Vorzugsweise ist die obere Fläche 26 eben
und die Bodenteile 30 jeder Kerbe 28 befinden
sich zumindest im Wesentlichen in einer Ebene, die zumindest im Wesentlichen
parallel zur oberen Fläche 26 ist.
Das heißt,
dass ein senkrechter Abstand zwischen dem Bodenteil 30 jeder
Kerbe 28 und der oberen Fläche 26 (also die Kerbentiefe)
bei allen Kerben im Wesentlichen gleich ist. In einer bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
die Kerbentiefe zwischen etwa 0,010 Zoll und etwa 0,050 Zoll. In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist die Kerbentiefe nicht bei allen Kerben gleich.
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Die
offenen Enden 32 der Kerben 28 sind durch zumindest
einen Abschnitt der oberen Fläche 26 festgelegt.
Die Ausgestaltung der Kerben 28 erhöht vorzugsweise die Dicke der
Cellulosebahn, wenn der Kreppschaber 20 die Cellulosebahn
von der Außenfläche des
Drehzylinders kreppt.
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Die
Kerben 28 haben auch eine erste und eine zweite Seitenwand 42, 44,
die sich jeweils von den Bodenteilen 30 zu den offenen
Enden 32 erstrecken. Die Seitenwände 42, 44 laufen
vorzugsweise vom offenen Ende zum Bodenteil hin schräg zu (d.
h. die Kerben sind nahe dem jeweiligen Bodenteil 30 enger),
siehe 1A und 1B. In
einer alternativen Ausführungsform
laufen die Seitenwände 42, 44 vom
Bodenteil zum offenen Ende hin schräg zu. In noch einer weiteren
Ausführungsform
sind die Seitenwände
nicht schräg.
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Da
die in den 1A und 1B gezeigten Kerben 28 einen
im Allgemeinen U-förmigen
Querschnitt haben, sind die Bodenteile 30 der Kerben 28 im
Wesentlichen linear. Dennoch können
die Bodenteile eine Vielzahl anderer Formen aufweisen, beispielsweise
eine ebene oder paraboloide Form. So zeigt 3 einen
Schaber 20a mit einem ebenen Bodenteil 30a. Der
Bodenteil 30a des Schabers 20a läuft von
einem an die erste Seite 22a angrenzenden Ende 48 zu
einem anderen, an die zweite Seite 24a angrenzenden Ende 46 hin
schräg
zu. In einer alternativen Ausführungsform
läuft der
Bodenteil 30a vom Ende 46 zum Ende 48 hin
schräg
zu.
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Wie
jeweils in den 4A bis 4F gezeigt,
ist der Querschnitt jeder Kerbe 28 in einer zur ersten
und/oder zweiten Seitenfläche 22, 24 des Schabers 20 parallelen
Ebene im Wesentlichen V-förmig,
im Wesentlichen U-förmig,
im Wesentlichen halbmondförmig,
im Wesentlichen rechteckig, im Wesentlichen abgestumpft V-förmig oder
im Wesentlichen schwalbenschwanzförmig. In einer alternativen Ausführungsform
hat der Schaber Kerben mit zwei oder mehr verschiedenen Querschnitten.
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Mit
Blick auf die 1A und 2 hat der Schaber 20 vorzugsweise
mehrere Vorsprünge 34, die
an die Kerben 28 angrenzen und sich von der ersten Seitenfläche 22 erstrecken.
Die Vorsprünge 34 sind
vorzugsweise aus Abschnitten des Kreppschabers 20 gebildet,
die bei der Bildung der Vielzahl von Kerben 28 im Kreppschaber 20 verschoben
werden.
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5 ist
eine schematische Ansicht eines Schritts in einem beispielhaften
Verfahren zur Herstellung von Kerben in einem dem Kreppschaber 20 entsprechenden
Kreppschaber. Die Herstellung beginnt vorzugsweise mit dem Zuschneiden
eines rechteckigen Rohlings 64 auf eine gewünschte Länge, Breite
und Dicke. Anschließend
wird eine obere Fläche 68 in
einem gewünschten
Winkel bezogen auf die Seitenflächen 22, 24 schräg angeordnet.
Zur Bildung der Kerben 28 wird ein Kordierrädchen 60 derart
in die obere Fläche 68 des
Rohlings 64 gedrückt, dass
die Zähne 62 des
Kordierrädchens 60 im
Wesentlichen senkrecht zur oberen Fläche 68 sind. Wenn
die Zähne 62 den
Rohling 64 verformen, fließt Material des Rohlings 64 zu
den beiden Seitenflächen 22, 24,
wodurch Vorsprünge
aus Material entstehen. Die von der Seitenfläche 22 abstehenden Vorsprünge (also
von der dem Drehzylinder gegenüberliegenden
Seitenfläche)
sind vorzugsweise in einem Abriebwinkel W (siehe 7)
ausgerichtet (d. h. bearbeitet oder gefeilt), der etwa gleich einem
Kontaktwinkel zwischen dem Schaber und dem Drehzylinder ist, wenn
der Schaber bezogen auf den Drehzylinder angeordnet wird. In einer
bevorzugten Ausführungsform
sind die von der Seitenfläche 24 abstehenden
Vorsprünge
mit der Seitenfläche 24 bündig ausgerichtet.
Der Rohling 64 wird bezüglich
des Kordierrädchens 60 vorzugsweise
mit einem Schraubstock 66 in Position gehalten. Das in 5 schematisch
gezeigte Kerbenbildungsverfahren ist jedoch nur ein Beispiel für ein herkömmliches
Verfahren und soll den Schutzbereich der Erfindung nicht auf solche Schaber
beschränken,
die durch genau dieses hier beschriebene Verfahren hergestellt sind.
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Der
Kreppschaber 20 ist vorzugsweise aus gehärtetem Stahl
hergestellt. Jedoch könnte
der Schaber auch aus anderen metallischen und nicht-metallischen
Materialien hergestellt sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein Kreppschaber mit solchen Kerben vorgesehen, die mehrere
Kerbenabstandsfrequenzen, mehrere Kerbentiefen und/oder mehrere
Kerbenquerschnitte aufweisen. Zum Beispiel zeigt 6 eine
Ausführungsform
eines Kreppschabers 20b mit mehreren Kerbenabstandsfrequenzen,
mehreren Kerbentiefen und mehreren Kerbenquerschnitten.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein System zum Kreppen einer Cellulosebahn vorgesehen. 7 ist
eine schematische Ansicht eines Systems 50, das einen Drehzylinder 36 beinhaltet,
wobei der Kreppschaber 20 bezogen auf den Drehzylinder 36 angeordnet
ist. Der Drehzylinder 36 ist vorzugsweise ein Teil eines
Trockners, der derart konfiguriert ist, dass er eine Außenfläche 38 des
Zylinders 36 erwärmt.
Noch besser ist, wenn der Drehzylinder 36 die Trommel eines
Yankee-Trockners ist. Vorzugsweise bildet zumindest ein Teil der
Vorsprünge 34 den
Teil des Kreppschabers 20, der mit einer Außenfläche 38 des
Drehzylinders 36 in Kontakt steht. Die Vorsprünge 34 erleichtern
vorzugsweise den vollständigen Kontakt
zwischen dem Schaber 20 und der Außenfläche 38. Wenn sich
der Drehzylinder 36 gegenüber dem Schaber 20 dreht,
nutzt sich der mit der Außenfläche 38 in
Kontakt stehende Teil des Schabers 20 entlang der Richtung
einer Linie T, die zur Außenfläche 38 tangential
ist, am Kontaktpunkt 40 zwischen dem Schaber 20 und
der Außenfläche 38 ab.
Wie oben erwähnt,
wird die Position des Schabers 20 bezogen auf den Zylinder 36 als
Abriebwinkel W bezeichnet. Der Abriebwinkel W ist ein Winkel, dessen Spitze
sich am Kontaktpunkt 40 befindet und dessen Schenkel durch
einen Abschnitt der ersten Seite 22 des Schabers 20 und
einen Abschnitt der Linie T festgelegt sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Außenseiten 46 der
Vorsprünge 34 so
ausgerichtet (d. h. bearbeitet oder gefeilt), dass ein Winkel zwischen
den Außenseiten 46 und
der ersten Seitenfläche 22 dem
Abriebwinkel im Wesentlichen gleicht. Das Zurichten der Außenseiten 46 in
dem Abriebwinkel erleichtert den Kontakt zwischen dem Schaber 20 und
der Außenfläche 38 des
Drehzylinders 36 im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des
Schabers 20. Vorzugsweise beträgt der Abriebwinkel zwischen
etwa 5° und
etwa 25°.
Noch besser ist ein Abriebwinkel zwischen etwa 9° und etwa 18°. In einer alternativen Ausführungsform
sind die Vorsprünge 34 in
einem Winkel ausgerichtet, der nicht dem Abriebwinkel entspricht.
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Die 8A und 8B sind
Seitenansichten eines dem im '134-Patent
offenbarten Kreppschaber entsprechenden Kreppschabers 100 vor bzw.
nach dem Abrieb durch Kontakt zwischen dem Kreppschaber 100 und
einem Drehzylinder. Der Schaber 100 hat eine schräge Oberfläche 102,
die bezogen auf die Seitenflächen 104, 106 schräg zuläuft, sowie
im Schaber ausgebildete, an die schräge Oberfläche 102 angrenzende
feine Zacken. Die feinen Zacken sind so ausgebildet, dass der Boden 108 jeder
Zacke nicht im Wesentlichen parallel zur schrägen Oberfläche 102 sondern senkrecht
zu den Seitenflächen 104, 106 ist.
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Aufgrund
der Ausgestaltung der feinen Zacken beim Schaber 100 verringert
sich mit der Zeit die wirksame Tiefe der Zacken. Zum Beispiel stellt die
Strecke D1 (siehe 8A) die wirksame Zackentiefe
eines neuen, dem '134-Schaber entsprechenden
Schabers dar. Wenn sich jedoch der Schaber 100 abnutzt,
verringert sich die wirksame Zackentiefe auf eine Strecke D2 (siehe 8B).
Wird mittels des Schabers 100 Papier hergestellt, wenn
die wirksame Zackentiefe D1 beträgt,
so hat dieses Papier eine andere Dicke und Festigkeit, als wenn
die wirksame Zackentiefe D2 beträgt.
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Anders
als der Schaber 100 aus den 8A und 8B hat
der Schaber 20 aus den 1A, 1B, 2 und 7 sowie
der Schaber 20a aus der 3 eine wirksame
Kerbentiefe, die vom Abrieb des Schabers im Wesentlichen unbeeinflusst ist.
Insbesondere da die Bodenteile 30 der Kerben 28 zumindest
im Wesentlichen parallel zur oberen Fläche 32 sind, bleibt
der Abstand zwischen dem Bodenteil 30 und der oberen Fläche 32 (also
die wirksame Kerbentiefe) im Wesentlichen konstant, wenn sich der Schaber 20 durch
den Kontakt mit der Außenfläche 38 des
Drehzylinders 36 abnutzt, während sich der Zylinder 36 dreht
und der Schaber 20 die Cellulosebahn von der Außenfläche 38 kreppt
(vgl. 2 und 2A, jeweils mit der Kerbentiefe
D1). Somit sind die Dicke und Festigkeit der mit dem Schaber 20 gekreppten
Cellulosebahn im Wesentlichen unbeeinflusst vom Abrieb des Schabers 20.
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Die 9 und 10 sind
Diagramme, die geschätzte
Kurven zur Papierdicke bzw. Papierfestigkeit im Zeitverlauf (d.
h. Papierdicke bzw. Papierfestigkeit gegenüber dem Schaberabrieb) für einen herkömmlichen
Schaber (mit „B1" bezeichnet und in 14 gezeigt),
für einen
dem '134-Schaber
entsprechenden Schaber (mit „B2" bezeichnet und in 8A und 8B gezeigt)
und für
einen Schaber gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung (mit „B3" bezeichnet) darstellen. Beide Schaber
B1 und B3 produzieren Papier mit im Wesentlichen konstanter Dicke
und Festigkeit, wobei jedoch das mit dem Schaber B3 (also dem Kreppschaber
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung) produzierte Papier dicker und
weicher ist als das mit dem Schaber B1 produzierte Papier. Insbesondere
kann der Schaber B3 die Papierdicke um einen Wert zwischen etwa
20% und etwa 70% oberhalb des mit herkömmlichen Schabern erzielten
Werts erhöhen,
während die
Festigkeit zwischen etwa 15% und etwa 25% unterhalb des mit herkömmlichen
Schabern erzielten Werts liegt (womit das Papier weicher ist). Mit
dem Schaber B2 (also dem '134-Schaber)
wird zwar anfänglich
Papier produziert, dessen Dicke und Weichheit größer ist als mit dem herkömmlichen
Schaber B1 erzielt werden kann, doch mit zunehmender Abnutzung des
Schabers B2 verringert sich die Dicke und erhöht sich die Festigkeit des
produzierten Papiers.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
wie in 7 gezeigt, beinhaltet das System 50 ferner
ein Zapfenelement 52 (schematisch dargestellt), das mit dem Kreppschaber 20 gekoppelt
ist. Das Zapfenelement 52 ist derart konfiguriert, dass
es den Kreppschaber 20 mit der Außenfläche 38 des Zylinders 36 in
Kontakt hält,
wenn sich der Kreppschaber 20 abnutzt.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist eine Verbesserung für
die Herstellung von Papier vorgesehen. 11 ist
eine schematische Ansicht eines Trockenkreppvorgangs, bei dem eine
Cellulosebahn 60 von der Außenfläche 38 des Drehzylinders 36 mittels
des Kreppschabers 20 gekreppt wird, um ein Papier herzustellen,
dessen Dicke und Festigkeit im Wesentlichen konstant sind, wenn
der Kontakt zwischen dem Kreppschaber 20 und der Außenfläche 38 den
Kreppschaber 20 abnutzt. Beim Trockenkreppvorgang hat die
Cellulosebahn 60 vorzugsweise eine gewichtsbezogene Feuchte
zwischen etwa 30% und etwa 70%, wenn sie anfänglich auf der Außenfläche 38 des
Zylinders 36 angeordnet wird, und sie hat eine gewichtsbezogene
Feuchte zwischen etwa 2% und etwa 15%, wenn sie mit dem Kreppschaber 20 in Kontakt
kommt. Nach dem Trockenkreppvorgang wird die Cellulosebahn 60 optional
durch Kalanderwalzen 62a, 62b bewegt, um Weichheit
zu erzielen und die Dicke der Cellulosebahn 60 zu verringern. Anschließend wird
die Cellulosebahn 60 auf eine Rolle 64 gewickelt.
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12 ist
eine schematische Ansicht eines Nasskreppvorgangs. Ähnlich wie
beim Trockenkreppen wird beim Nasskreppen eine Cellulosebahn 60a auf
der Außenfläche 38 des
Drehzylinders 36 angeordnet und von der Außenfläche 38 mittels
des Kreppschabers 20 gekreppt. Jedoch hat die Cellulosebahn 60a beim
Nasskreppvorgang eine gewichtsbezogene Feuchte zwischen etwa 30%
und etwa 70%, wenn die Bahn 60a anfänglich auf der Außenfläche 38 angeordnet
wird, und sie hat eine gewichtsbezogene Feuchte zwischen etwa 15%
und etwa 60%, wenn sie von der Außenfläche 38 gekreppt wird.
Nach dem Nasskreppvorgang wird die Bahn 60a über einen
oder mehrere Trockner 66a–g (d. h. Zylindertrockner
oder sogar Durchluft-Trockner) bewegt und sodann auf die Rolle 64 gewickelt.
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Neben
dem Trockenkreppen und Nasskreppen könnte der Schaber auch in einem
Durchluft-Trockenvorgang oder einem wiederholten Kreppvorgang eingesetzt
werden. Diese Vorgänge
sind im '134-Patent
beschrieben.
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In
einer wiederum anderen Ausführungsform wird
trotz Abnutzung des Kreppschabers Papier mit im Wesentlichen konstanter
Dicke und Festigkeit bereitgestellt. 13 zeigt
ein Papier, das in einem Vorgang unter Verwendung des Kreppschabers
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung produziert ist. Das Papier ist
vorzugsweise absorptionsfähig,
es handelt sich zum Beispiel um ein Papierhandtuch und/oder ein
Taschentuch. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Papier
Recyclingmaterial wie Asche.