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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, um bei der Herstellung einer Bahn,
welche zu einem wesentlichen Teil aus Cellulosefasern besteht, die
Bildung des Bahnmaterials in einer oder mehreren Siebmaschinen durch,
zu einem wesentlichen Teil, Auflösen bestehender
Flocken in dem Papierstoff, der von einer Einlassbox auf mindestens
ein Sieb geführt
wird, zu verbessern und um der Neubildung der Flocken in dem Papierstoff
auf dem Sieb entgegenzuwirken. Die Beschreibung umfasst auch eine
kurze Beschreibung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und eines
Verfahrens zur Reinigung von Pressfilzen und Sieben.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
der Herstellung von Papier und Karton besteht das Rohmaterial hauptsächlich aus
Cellulosefasern und in vielen Fällen
sind auch Füllstoffe
wie Calciumcarbonat und/oder Ton, Retentionsmittel und so weiter
eingeschlossen. Die eingeschlossenen Bestandteile neigen im Zusammenhang
mit der Herstellung von Papier und Karton, zur Flockenbildung in dem
Papierstoff, was zu einer schlechten Verteilung der Bestandteile
führt.
Die Formation wird als ein Maß dafür verwendet,
wie gleichmäßig die
Bestandteile, hauptsächlich
die Fasern und Füllstoffe,
die im Papier oder Karton enthalten sind, verteilt werden.
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Die
Formation ist eine sehr wichtige Eigenschaft von Papier und Karton.
Ein Papier oder Karton mit schlechter Formation gibt einen fleckigen
Eindruck, hat schlechtere Druckeigenschaften und geringere Festigkeit
als ein Papier oder ein Karton mit guter Formation. Durch Verbesserung
der Formation können
wesentliche Verbesserungen der Qualität erreicht werden. Als eine
Alternative kann das Flächengewicht
des Papiers oder des Kartons unter Beibehaltung der Festigkeit vermindert werden,
was zu einem nicht unwesentlichen wirtschaftlichen Potenzial führt.
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Traditionell
wurde versucht, das Problem mit Faserflocken durch die Entwicklung
der Gestaltung der Einlassbox oder der Einrichtung in naher Verbindung
mit der Einlassbox zu lösen.
Es erwies sich jedoch als unmöglich,
das Problem mit der Formation endgültig zu lösen, da Faserflocken sich rasch
neu bilden, nachdem der Papierstoff die Einlassbox verlassen hat
und auf das Sieb gelangt.
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Es
wurden auch verschiedene Anordnungen innerhalb des Siebabschnitts
vorgeschlagen, die bis zu einem gewissen Maß die Neubildung der Faserflocken
verhindern können,
zum Beispiel, verschiedene Arten von Vibrations- und/oder Schüttelmitteln.
Der Einbau von oberen Siebstrukturen kann auch als Teil dieses Ziel
angesehen werden, obwohl der Einbau von oberen Sieben in erster
Linie durch andere Zwecke bestimmt wird.
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Als
eine Schlussfolgerung kann man sagen, dass die Einrichtung, die
bisher verwendet oder vorgeschlagen wurde, um sich des Problems
der Faserflocken anzunehmen, schwer zu kontrollieren und kompliziert
ist und Finanzmittel erfordert, und dass sie die Optimierung von
anderen Qualitätseigenschaften
als Formation in dem Papier oder Karton behindert oder verhindert.
Eine Folge dieser Kompromisse ist, z. B., dass die Orientierung
der Fasern in dem Papier oder Karton schwer zu optimieren ist. Eine
Folge der Verwendung von bisher bekannter Einrichtung zur Verbesserung
der Formation sind typischerweise solche Bedingungen, dass mehr
Fasern in der Längsrichtung
des Bahnmaterials als in seiner Querrichtung orientiert sind. Dies
führt zu schlechteren
Festigkeitseigenschaften in der Querrichtung des Produkts.
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Es
ist aus DATABASE WPI Week 199311, Derwent Publications Ltd., London,
GB; Class F09, AN 1993-089151, XP002991950 &
JP
5 033 283 A, 09.02.1993 bekannt, den Papierstoff während Bildung
der Bahn auf einem Sieb Vibrationen mit Frequenzen von 20-40 Hz
und mit einer Amplitude von 2-3 mm auszusetzen.
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EP-A-0318107
beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Faserbahn in einer Papiermaschine, wobei
in diesem Verfahren Papierstoff in einen keilförmigen Raum oder Lücke eingeführt wird.
Gemäß einem
Aspekt des Verfahrens wird die Bildung von Flocken verhindert, indem
in die Lücke
Energie in der Form einer mechanischen, hochfrequenten Vibration eingebracht
wird, vorzugsweise im Ultraschallbereich, wobei diese Energie ein
Zusammenbrechen der Flocken verursacht.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Gegenstand der Erfindung ist, die oben genannten Probleme anzugehen.
Dies wird, in Zusammenhang mit dem in der Einführung beschriebenen Verfahren,
erreicht durch Ultraschallenergie, die dem Papierstoff in einer
Vielzahl an Siebabschnitten zugeführt wird, passenderweise indem
die Ultraschallenergie dem Papierstoff auf dem Sieb in mindestens
einem der quergerichteten Abschnitte des Siebabschnitts entlang
der Transportrichtung des Papierstoffs auf dem Sieb zugeführt wird.
Die Ultraschallenergie wird als Ultraschallwellen mit Frequenzen
zwischen 15 und 75 kHz zugeführt,
wobei sich überraschenderweise
erwiesen hat, dass dies zu einer beträchtlich besseren Formation
führt,
wenn Ultraschallelemente (Ultraschallgeneratoren oder -elemente,
die Ultraschallenergie von einem oder mehreren Generatoren übermitteln
können),
die Energie mittels Schwingung mit dieser Frequenz aussenden, innerhalb
des Siebabschnitts einer Papier- oder Kartonmaschine auf eine solche
Weise platziert werden, dass die Ultraschallenergie auf den Papierstoff
auf dem Sieb übertragen
wird. Um die beste Wirkung zu erreichen, sollten die Ultraschall übermittelnden
Elemente direkt unterhalb des Siebs oder der Siebe positioniert
werden, die auf die Einlassbox oder -boxen der Papier- oder Kartonmaschine
folgen. Als eine Folge dieser Positionierung kann auch die Wirkung erreicht
werden, dass das Sieb oder die Siebe gereinigt werden. Die Elemente
werden darüber
hinaus so positioniert, dass eine optimale Wirkung, d. h. optimale
Ultraschallenergie pro Masseneinheit des Papierstoffs (Suspension
der Fasern/Füllstoffe)
erreicht wird; gleichzeitig ist es wichtig, dass die Konzentration
des Papierstoffs (der Trockengehalt) in mindestens einem oder einigen
dieser Abschnitte des Siebabschnitts noch immer ausreichend gering
ist, so dass gebildete Flocken nicht zu fest gebunden werden, sondern
auseinander gebrochen werden können.
Demzufolge werden zumindest einige Ultraschallelemente so positioniert,
dass sie z. B. hauptsächlich
den Papierstoff innerhalb mindestens eines Abschnitts des Siebabschnitts
beeinflussen, wo der Papierstoff auf dem Sieb eine Konzentration
von zwischen 0,2 und 6 %, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 % oder
zwischen 1 und 6 % aufweist. Ein denkbarer optimaler Gehaltsbereich
an kann auch zwischen 1,5 und 5 % liegen. Eine Positionierung der
Ultraschallelemente weiter hinten auf der Papiermaschine, z. B. in
oder auf der Einlassbox, wird mit Sicherheit dazu führen, dass
Flocken, die sich gebildet haben könnten, möglicherweise dort aufgelöst werden,
aber diese können
sich anschließend
auf dem Sieb oder den Sieben neu bilden. Demzufolge wird eine Positionierung
der Elemente vor dem Siebabschnitt zu keiner oder sehr geringen
Verbesserung der Formation führen.
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Im
bestimmten Fällen
ist es denkbar, die Elemente, die Ultraschall übermitteln, auch innerhalb
eines oder mehrerer Abschnitte zu positionieren, wo die Konzentration
des Papierstoffs größer als
5 oder 6 ist, vorzugsweise um eine Neubildung der Flocken zu vermeiden.
Es ist zum Beispiel denkbar, Ultraschallelemente innerhalb von Abschnitten
in dem Bereich zu positionieren, der einem oberen Siebabschnitt
und einem unteren Siebabschnitt gemeinsam ist, wobei innerhalb dieser
Abschnitte die Konzentration des Papierstoffs beträchtlich
höher als
5 bis 6 % oder bis zu 15 % sein kann, vorzugsweise einem Maximum
von 12 %, sowie innerhalb des Einführungsabschnitts des unteren
Siebs, wo die Konzentration des Papierstoffs geringer sein kann
als 5 bis 6 %. Die Ultraschallelemente innerhalb des Einführungsabschnitts
des unteren Siebs, wo die Konzentration des Papierstoffs 0,2-6 %,
vorzugsweise 0,5-5 % oder 1-6 %, z. B. 1,5-5 % beträgt, bewirken
hierdurch sowohl eine Auflösung
der Flocken, die sich bereits gebildet haben, wie auch eine Verhinderung
der Neubildung von Flocken, während
Ultraschallelemente innerhalb des Bereichs, wo die Konzentration
so hoch ist wie zwischen 5 und 15 %, vorzugsweise zwischen 6 und 12
%, in erster Linie so wirken, dass sie die gute Formation bewahren.
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So
sind in einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Ultraschallelemente, welche die Ultraschallenergie an den Papierstoff übertragen,
in einer Siebschleife angeordnet, die mit der Innenseite des Siebs
in der Schleife in dem Bereich der Verteilung des Papierstoffs in
Kontakt steht und so auch über
das Sieb und über
die Zwischenräume
der Maschen im Sieb mit der Flüssigkeit
in dem Papierstoff in Kontakt steht, um die Ultraschallenergie auf
den Papierstoff über
das Sieb und direkt auf die flüssige
Phase über
die Zwischenräume
der Maschen zu übertragen.
Gemäß einem Aspekt
können
die Ultraschallelemente in einer unteren Schleife und/oder in einer
oberen Schleife angeordnet sein. Gemäß einem weiteren Aspekt können die
Ultraschallelemente einander in einer unteren Siebschleife und in
einer oberen Siebschleife gegenüberliegend
angeordnet sein. Gemäß noch einem weiteren
Aspekt sind die Ultraschallelemente und/oder Ultraschallgeneratoren,
die mit den Ultraschallelementen verbunden sind, in Bezug auf Leistung
und/oder Frequenz, die auf den Papierstoff übertragen wird, einstellbar.
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt können
die Ultraschallelemente aus getrennten Einheiten bestehen. Gemäß noch einem weiteren
Aspekt können
die Ultraschallelemente mit einem oder einigen entwässernden
Elementen von der Art eingebaut werden, die Formiertische, Foils und
Saugboxen umfassen.
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Die
Ultraschallenergie wird dem Papierstoff auf dem Sieb innerhalb einer
Vielzahl von Abschnitten in Querrichtung zugeführt, die nacheinander angeordnet
sind, z. B. innerhalb von drei bis fünf aufeinander folgenden Abschnitten
in Querrichtung. Dies wird auch zu einer Möglichkeit führen, die Frequenz und/oder
Leistung des Ultraschalls an die Konzentration des Papierstoffs
innerhalb unterschiedlicher Abschnitte des Siebabschnitts anzupassen,
so dass z. B. Ultraschall mit einer höheren Frequenz in mindestens
einen Abschnitt, der sich näher
an der Einlassbox befindet, zugeführt wird als innerhalb eines
nachfolgenden Abschnitts, der sich weiter von der Einlassbox entfernt
befindet.
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Die
Ultraschallelemente werden auf geeignete Weise angeordnet, so dass
die Ultraschallleistung (Amplitude) und/oder die Frequenz kontrolliert werden
kann. Hierdurch wird eine Optimierung der Formation möglich, so
dass sie an die Zusammensetzung des Papierstoffs angepasst werden
kann. Demzufolge sollten Flocken, die größere Mengen an Feingut und
Füllstoffen
enthalten, eine höhere
Frequenz erfordern, als z. B. ein Papierstoff, der auf einem harten
Holzfaserstoff mit kurzen Fasern basiert, der vielleicht eine etwas
geringere Frequenz erfordert. Die niedrigste Frequenz sollte im
Zusammenhang mit der Dispersion von Fasern aus weichem Holzfaserstoff mit
langen Fasern erforderlich sein. Auch die Siebgeschwindigkeit hat
eine Wirkung auf eine geeignete Frequenz und/oder Leistung. Die
Optimierung der Frequenz und Leistung der Ultraschallelemente kann selbstverständlich mittels
einer Hauptsteuerung und von Regulierungsgeräten erfolgen.
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Die
Ultraschallelemente können
demzufolge aufeinander folgend durch Veränderung der Frequenz und/oder
Leistung arbeiten, oder die Elemente können auch bestimmten, vorgewählten Frequenzen und/oder
Leistungen zugeordnet werden, die bestimmte Flockengrößen oder
einen bestimmten Gehalt an Flocken angreifen. Ein Aspekt der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallelemente so ausgestattet
sind, dass sie auf diese Weise arbeiten. Weitere Merkmale und Aspekte
der Erfindung werden aus den nachfolgenden Ansprüchen offensichtlich.
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Es
ist auch möglich,
Ultraschallelemente in direkten Kontakt mit Pressfilzen/Formiersieben und/oder
Trocknungssieben zu bringen, um diese Filze und/oder Siebe zu reinigen.
Ein Wassersprüher kann
entweder auf die gleiche Seite wie das Ultraschallelement oder auf
der gegenüberliegenden
Seite positioniert werden, um das Wasservolumen bereitzustellen,
das für
eine Übertragung
des Ultraschalls von dem Element zur inneren Struktur des Filzes
oder des Siebs erforderlich ist.