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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Durchlufttrocknung,
insbesondere eine Vorrichtung, welche dem trocknenden Luftstrom
durch eine zelluloseartige Faserstruktur beschränkt, und auf absorbierende
embryonische Bahnen, welche darauf mit Durchluft getrocknet werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Absorbierende
embryonische Bahnen sind Stapelware des Alltagslebens. Absorbierende
embryonische Bahnen umfassen faserige Zellulosestrukturen, absorbierende
Schäume
etc. Faserige Zellulosestrukturen wurden eine Stapelware des Alltagslebens.
Faserige Zellulosestrukturen sind Gesichtstissue, Toilettentissue
und Papiertüchern
zu finden.
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Bei
der Herstellung von faserigen Zellulosestrukturen wird eine nasse
embryonische Bahn aus Zellulosefasern, die in einem wässerigen
Träger
dispergiert sind, auf einem Formungssieb abgelagert. Die nasse embryonische
Bahn kann durch ein beliebiges oder eine Kombination von mehreren
bekannten Mitteln getrocknet werden. Jedes dieser bekannten Trocknungsmittel
wird die Eigenschaften der resultierenden faserigen Zellulosestruktur
beeinflussen. Zum Beispiel können
die Trocknungsmittel und Verfahren die Weichheit, die Dicke, die
Zugfestigkeit und die Absorptionsfähigkeit der resultierenden
faserigen Zellulosestruktur beeinflussen. Es ist wichtig, daß die Mittel
und Verfahren, die verwendet werden, um die faserige Zellulosestruktur zu
trocknen, auch die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der diese hergestellt
werden kann, ohne durch ein solches Trocknungsmittel und -verfahren
mengenbeschränkt
zu sein.
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Ein
Beispiel eines Trocknungsmittels sind Filzbänder. Filz-Trocknungsbänder wurden
lange verwendet, um eine embryonische faserige Zellulosestruktur
durch einen Kapillarfluß des
flüssigen
Trägers
in einem durchlässigen
Filzmedium, das in Kontakt mit der embryonischen Bahn gehalten wurde,
zu entwässern.
Das Entwässern
einer faserigen Zellulosestruktur mit einem Filzband führt jedoch
zu einer insgesamt ungleichförmigen
Kompression und Kompaktion der embryonischen faserigen Zellulosestrukturbahn,
die getrocknet werden soll.
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Eine
Filzbandtrocknung kann durch ein Vakuum unterstützt werden oder kann durch
gegenüber
liegende Preßwalzen
unterstützt
werden. Die Preßwalzen
maximieren die mechanische Komprimierung des Filzes an der faserigen
Zellulosestruktur. Beispiele einer Filzbandtrocknung sind dargestellt
in US Patent 4,329,201, veröffentlicht
am 11. Mai 1982 für
Bolton und US Patent 4,888,096, veröffentlicht am 19. Dezember 1989
für Cowan
et al.
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Das
Trocknen einer faserigen Zellulosestruktur mit Hilfe eines Kapillarstromes
unter Verwendung von einem porösen
Zylinder mit bevorzugten Porengrößen ist
im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Beispiele solcher Kapillarstrom-Trocknungstechniken
sind dargestellt im allgemein übertragenen
US Patent 4,556,450, veröffentlicht
am 03. Dezember 1985 für
Chuang et al., 5,598,643, veröffentlicht
am 04. Februar 1997 in den Namen von Chuang et al. und US Patent
4,973,385, veröffentlicht
am 27. November 1990 für
Jean et al.
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Das
Trocknen von faserigen Zellulosestrukturen durch eine Vakuumentwässerung
ohne die Hilfe von Filzbändern,
ist im Stand der Technik bekannt. Eine Vakuumentwässerung
der faserigen Zellulosestruktur entfernt Feuchtigkeit aus der faserigen
Zellulosestruktur unter Verwendung von Schuhen und Vakuumkästen mechanisch.
Das Vakuum biegt diskrete Regionen der faserigen Zellulosestruktur
in das Trocknungsband. Vorzugsweise ist das Trocknungsband ein Durchluft-Trocknungsband
mit einem harzartigen gemusterten Rahmenwerk mit Ablenkkanälen darin,
wie dies offenbart ist im allgemein übertragenen US Patent 4,637,859,
veröffentlicht
für Trokhan.
Eine Vakuumentwässerung
auf einem solchen Band erzeugt eine multiregionale faserige Zellulosestruktur
mit einem hoch dichten, im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerk
und mit diskreten Regionen geringer Dichte, die darin verteilt sind.
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Das
Entwässern
mit einem solchen Band ergibt eine faserige Zellulosestruktur mit
unterschiedlichen Feuchtigkeitsmengen in den zwei vorerwähnten Regionen.
Die unterschiedlichen Feuchtigkeitsmengen in den verschiedenen Regionen
der faserigen Zellulosestruktur können die Durchsatzmenge des
Papierherstellungsprozesses beschränken. Eine solche Beschränkung tritt
auf, weil die zwei Regionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
trocknen. Die Region mit der langsameren Trocknungsrate wird dann
dem Gesamtdurchsatz des Papierherstellungsverfahrens regeln.
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In
noch einem weiteren Trocknungsverfahren wurde ein beachtlicher Erfolg
mit einer Durchlufttrocknung der embryonischen Bahn einer faserigen
Zellulosestruktur erreicht. In einem typischen Durchluft-Trocknungsverfahren
trägt ein
foraminöses,
luftdurchlässiges
Band die zu trocknende embryonische Bahn. Ein Luftstrom gelangt
durch die faserige Zellulosestruktur und durch das durchlässige Band
hindurch. Der Luftstrom trocknet hauptsächlich die embryonische Bahn
durch Verdunstung. Regionen, die mit den Foramina des luftdurchlässigen Bandes
zusammen fallen und in diese eingebogen werden, werden vorzugsweise
getrocknet, und die Dicke der resultierenden faserigen Zellulosestruktur
wird erhöht.
Regionen, die mit den Streben in dem luftdurchlässigen Band zusammen fallen,
werden in geringerem Maße
getrocknet.
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Mehrere
Modifikationen und Verbesserungen der luftdurchlässigen Bänder, die für die Durchlufttrocknung verwendet
werden, wurden im Stand der Technik herbei geführt. Zum Beispiel kann das
luftdurchlässige Band
mit einem relativ großen Öffnungsbereich
hergestellt werden. Oder das Band kann so hergestellt werden, daß es eine
verringerte Luftdurchlässigkeit
hat. Eine verringerte Luftdurchlässigkeit
kann herbei geführt
werden, indem ein harzartiges Gemisch aufgebracht wird, um die Zwischenräume zwischen
Gewebefäden
in dem Band zu verschließen.
Das Trocknungsband kann mit metallischen Teilchen imprägniert werden,
um seine thermische Leitfähigkeit
zu erhöhen
und seine Emissionsfähigkeit
zu reduzieren. Vorzugsweise wird das Trocknungsband aus einem lichtempfindlichen
Harz mit einem kontinuierlichen Netzwerk konstruiert. Das Trocknungsband
kann speziell an Luftströme
mit hoher Temperatur angepaßt
sein. Beispiele einer solchen Durchluft-Trocknungstechnologie sind zu finden
in US Patent Re. 28,459, wieder veröffentlicht am 01. Juli 1975
für Cole
et al.; US Patent 4,172,910, veröffentlicht
am 30. Oktober 1979 für
Rotar; US Patent 4,251,928, veröffentlicht
am 24. Februar 1981 für
Rotar et al.; das allgemein übertragene
US Patent 4,528,239, veröffentlicht
am 09. Juli 1985 für
Trokhan; und US Patent 4,921,750, veröffentlicht am 01. Mai 1990
für Todd.
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Zudem
wurden mehrere Versuche im Stand der Technik unternommen, um das
Trocknungsprofil der faserigen Zellulosestruktur zu regulieren,
während
sie noch eine zu trocknende embryonische Bahn ist. Solche Versuche
können
entweder das Trocknungsband oder einen Infrarottrockner in Kombination
mit einer Yankee-Haube
verwenden. Beispiele eines profilierten Trocknens sind dargestellt
in US Patent 4,583,302, veröffentlicht
am 22. April 1986 für
Smith, und US Patent 4,942,675, veröffentlicht am 24. Juli 1990
für Sundovist.
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Der
vorstehende Stand der Technik, selbst der, welcher speziell die
Durchlufttrocknung betrifft, löst nicht
die Probleme, denen begegnet wird, wenn eine multiregionale faserige
Zellulosestruktur getrocknet werden soll. Wie oben angemerkt, haben
verschiedene Regionen eines mit Durchluft getrockneten Papiers unterschiedliche
Feuchtigkeitsgehalte. Eine erste Region der faserigen Zellulosestruktur
mit einer geringeren Dichte oder einer geringeren Flächenmasse
als eine zweite Region wird aber typischerweise einen relativ größeren Durchluftstrom
aufweisen als ihn die zweite Region haben wird. Der relativ größere Luftstrom
tritt auf, weil die erste Region geringerer Dichte oder geringerer
Flächenmasse
einen proportional geringeren Strömungswiderstand gegenüber der
durch die embryonische Bahn hindurch gehenden Luft aufweist als
die zweite gehenden Luft aufweist als die zweite Region. Ein solcher
unterschiedlicher Luftstrom kann nicht die unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalte
der unterschiedlichen Regionen aufheben und erhöht diese sogar.
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Dieses
Problem wird verstärkt,
wenn die zu trocknende multiregionale faserige Zellulosestruktur
auf eine Yankee-Trocknungstrommel übertragen wird. Auf einer Yankee-Trocknungstrommel
berühren
nur bestimmte Regionen der faserigen Zellulosestruktur den Umfang
eines erhitzten Zylinders. Typischerweise tritt der innigste Kontakt
mit der Yankee-Trocknungstrommel an den Regionen mit hoher Dichte
oder hoher Flächenmasse
auf. Diese Regionen haben mehr Feuchtigkeit als die Regionen geringer
Dichte oder geringer Flächenmasse.
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Die
heiße
Luft aus einer Haube kann in die Oberfläche der faserigen Zellulosestruktur
gegenüber
dem erhitzten Zylinder eingeführt
werden. Ein bevorzugtes Trocknen dieser Oberfläche der faserigen Zellulosestruktur
tritt auf durch eine konvektive Übertragung
der Wärme
von dem Luftstrom in der Yankee-Trocknungstrommelhaube.
Um ein vollständiges
Trocknen der Regionen hoher Dichte und hoher Flächenmasse der faserigen Zellulosestruktur
zu erlauben und um ein Versengen oder Anbrennen der bereits getrockneten
Regionen geringer Dichte und geringer Flächenmasse durch die Luft aus
der Haube zu verhindern, muß die
Yankeehauben-Lufttemperatur vermindert werden und/oder die Aufenthaltszeit
der faserigen Zellulosestruktur in der Yankee-Haube erhöht werden,
was die Produktionsgeschwindigkeit verlangsamt. Demgemäß muß die Produktionsgeschwindigkeit
der faserigen Zellulosestruktur verlangsamt werden, um die größere Feuchtigkeit
in der Region hoher Dichte oder hoher Flächenmasse zu kompensieren.
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Eine
Verbesserung des Standes der Technik welche dieses Problem angeht,
wird dargestellt durch das allgemein übertragene US Patent 5,274,930,
veröffentlicht
am 04. Januar 1994 für
Ensign et al., welches eine Trocknung von faserigen Zellulosestrukturen
durch eine beschränkte Öffnung in
Verbindung mit einer Durchlufttrocknung offenbart (Eine entsprechende
Offenbarung ist zu finden in WO 94/00636.) Dieses Patent lehrt eine
Vorrichtung unter Verwendung eines Mikroporen-Trocknungsmediums,
welches einen größeren Strömungswiderstand
hat als die Zwischenräume
zwischen den Fasern jeder Region der faserigen Zellulosestruktur.
Das Mikroporenmedium ist die begrenzende Öffnung in dem Durchluft-Trocknungsprozeß, so daß eine gleichförmigere
Feuchtigkeitsverteilung in dem Trocknungsprozeß erreicht wird.
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Noch
eine weitere Verbesserung der in Ensign et al. '930 offenbarten Vorrichtung ist die
Vorrichtung, die offenbart ist im allgemein übertragenen US Patent 5,581,906,
veröffentlicht
am 10. Dezember 1996 für
Ensign et al. Ensign et al. '906
offenbart eine Mikroporen-Trocknungsvorrichtung mit mehreren Zonen,
welche die faserige Zellulosestruktur effizienter trocknet als die
Vorrichtungstypen, die im Stand der Technik offenbart wurden.
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Die
vorstehenden Mikroporen-Trocknungsvorrichtungen sollten in wünschenswerter
Weise ein Medium bereit stellen, welches sowohl den Luftstrom durch
die faserige Zellulosestruktur beschränkt als auch eine ausreichende
Dauerbiegefestigkeit hat, um der zyklischen Belastung, die der Papierherstellung
mit der beanspruchten Vorrichtung innewohnt, zu widerstehen. Zum
Beispiel kann das Medium als Abdeckung einer axial drehbaren Walze
ausgeführt
werden. Wenn die Walze und das Medium gedreht werden, erhält jeder
Bereich des Mediums abwechselnd sowohl positive als auch negative
Druckbelastungen. Eine Umkehrung der Belastung von positiven zu
negativen Zyklen des Mediums mit abwechselnder Spannung muß von dem
Medium ausgehalten werden. So muß das Medium eine adäquate Dauerbiegefestigkeit
haben, um dieser zyklischen Belastung zu widerstehen.
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Eine
Lösung
des Problems der Bereitstellung einer adäquaten Dauerbiegefestigkeit
könnte
sein, das Medium einfach stärker
zu machen. Diese Lösung
jedoch bringt nicht mehr als weitere Probleme mit sich. Wenn das
Medium stärker
wird, wird es typischerweise dicker und kann somit einen geringeren Öffnungsbereich
aufweisen. Ein Medium mit einem geringeren Öffnungsbereich erfährt einen
größeren Druck abfall
als ein Medium mit einem relativ größeren Öffnungsbereich. Die Vorteil
der Minimierung eines Druckabfalls sind bekannt und in dem vorerwähnten '906 Patent von Ensign
et al. diskutiert. Ferner wird, wenn das Medium dicker wird, dieses
auch schwerer herzustellen.
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Demgemäß ist eine
Aufgabe dieser Erfindung, ein Medium für die Verwendung mit einer
Mikroporenvorrichtung zu schaffen, insbesondere der Vorrichtung
der vorerwähnten
Patente '906 von
Ensign et al. und '930
von Ensign et al. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Medium zu schaffen, das mit der kapillaren Entwässerungsvorrichtung
verwendbar ist, wie den Vorrichtungen, des vorerwähnten '450 Patents von Chuang
et al. oder der vorerwähnten '305 Anmeldung von
Chuang et al. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Medium zu schaffen, das mit einer herkömmlichen Filzentwässerung
und Durchlufttrocknung verwendbar ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein solches Medium zu
schaffen, welches sowohl eine adäquate
Dauerbiegefestigkeit und einen relativ kleinen Druckabfall zu schaffen.
Es ist insbesondere eine Aufgabe, ein solches Medium zu schaffen,
das einen relativ kleinen Druckabfall aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung umfaßt
ein im Wesentlichen planares Trockungsmedium. Das Trockungsmedium
umfaßt
eine Mehrzahl von Lagen, die nebeneinander in einer seitenweisen
Beziehung angeordnet sind. Das Medium hat eine Dauerbiegefestigkeit
von wenigstens 43,7 N/cm (25 Pfund pro Inch) und einen Druckabfall
von weniger als 174,3 kPa (70 Inch Wasser} bei einer Strömung von
22,65 m3/min pro 929 cm2 (800
Standardkubikfuß pro
Minute pro Quadratfuß).
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Das
Medium kann eine feine erste Lage umfassen. Die feine erste Lage
kann ein gewobenes Metalltuch sein. Die feine erste Lage kann ein
Dutch-Twilo-Gewebe sein. Die erste Lage kann eine nominale Porengröße von 20
Micron oder weniger haben. Gegenüber
der ersten Lage befindet sich die gröbste Lage des Mediums. Die
gröbste
Lage des Mediums kann auch eine Gewebetuch umfassen oder einer perforierte
Metallplatte. Zwischen der ersten und der gröbsten Lage ist wenigstens eine
Zwischenlage angeordnet. Die Zwischenlagen können ein kariertes Gewebe umfassen.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische
hervor gehobene Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist eine bruchstückhafte
Draufsicht eines Mediums gemäß der vorliegenden
Erfindung, teilweise aufgeschnitten dargestellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf 1 umfaßt die vorliegende
Erfindung ein Mikroporen-Trocknungsmedium 40 für eine mit
Durchluft trocknende Vorrichtung 20 mit beschränkender Öffnung.
Die Vorrichtung 20 und das Medium 40 können im
Allgemeinen hergestellt und betrieben werden entsprechend den vorerwähnten, allgemein übertragenen
US Patenten 5,274,930 und 5,581,906. Die Vorrichtung 20 entfernt
Feuchtigkeit aus einer embryonischen Bahn 21. Die Vorrichtung 20 kann
einen durchlässigen
Zylinder 32 umfassen. Das Mikroporenmedium 40 umläuft z. B.
einen durchlässigen
Zylinder 32 und ist vorzugsweise an diesem mit einem Schrumpfsitz, Preßsitz, mit
Schraubbefestigern, durch Löten
etc. angebracht. Es wird erkannt werden, daß andere Ausführungen
der Vorrichtung 20 und dem Mediums 40 machbar
sein können.
Zum Beispiel kann die Vorrichtung 20 einen partitionierten
Vakuumschlitz umfassen oder kann das Medium 40 ein Endlosband
umfassen.
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Ein
Stützelement 28,
wie ein Durchluft-Trocknungsband, umhüllt den durchlässigen Zylinder 32 von einer
Einlaßwalze 34 zu
einer Abnahmewalze 36 und einen Bogen schneidet und ein
Kreissegment begrenzt. Dieses Kreissegment kann in mehrere Zonen
unterteilt werden, die wechselweise unterschiedliche Differenzdrucke
in Bezug auf den umgebenden Atmosphärendruck haben. Die zu trocknende
Bahn 21 ist zwischen dem Stützelement 28 und dem
Medium 40 sandwichartig angeordnet.
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Das
Mikroporenmedium 40 entsprechend der vorliegenden Erfindung
kann ein Laminat aus mehreren Lagen 41–46 umfassen. Ein
Medium 40 mit sechs Lagen 41–46 wird unten diskutiert,
obwohl klar ist, daß die Erfindung
nicht darauf beschränkt
ist. Ein Medium mit einer Mehrzahl von Lagen 41–46,
das zudem die unten diskutierten Kriterien der Dauerbiegefestigkeit
und des Druckabfalls erfüllt,
ist für
die vorliegende Erfindung geeignet.
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Das
Medium 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung hat eine Dauerbiegefestigkeit von wenigstens 25, vorzugsweise
wenigstens 50 und ganz bevorzugt wenigstens 75 Pfund pro Inch. Die
Dauerbiegefestigkeit wird gemessen gemäß dem folgenden Verfahren.
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Eine
Probe mit Abmessungen von 1 Inch Breite × 2 Inch Länge wird bereit gestellt (1
Inch = 2,54 cm). Die Längenrichtung
der Probe entspricht der Maschinenrichtung während der Papierherstellung.
Die Probe wird gekerbt in der Breitenrichtung über dem Zentrum der ersten
Lage 41. Das Kerben wird mit einem Scratchall mit Carbidspitze
unter Verwendung eines Druckes per Hand erreicht. Die Kerblinie
sollte in etwa halbwegs durch die Dicke der ersten Lage 41 hindurch
gehen.
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Eine
Dreipunkt-Biegetestvorrichtung wird bereit gestellt. Die Vorrichtung
hat eine Befestigung mit zwei vertikal orientierten Halterungen,
auf welchen die zu testende Probe gelegt wird. Die Vorrichtung hat
ferner einen bewegbaren Querkopf, der in der Lage ist, eine nach
unten gerichtete Last an einer Position halbwegs zwischen den zwei
Halterungen auszuüben.
Die Halterungen haben eine Breite von wenigs tens 1 Inch und einen
Radius von 1/8 Inch. Die Halterungen haben eine freie Spanne zwischen
sich von 0,75 Inch (1 Inch = 2,54 cm).
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Die
zu testende Probe wird in der Vorrichtung angeordnet und so orientiert,
daß die
erste Lage 41 sich in Spannung befindet und entfernt vom
Kopf angeordnet ist, der die variable nach unten gerichtete Last
aufbringt. Die Probe wird einfach auf den zwei Halterungen abgestützt. Die
Kerblinie wird zwischen den Halterungen zentriert. Die variable
nach unten gerichtete Kraft wird auf die Probe aufgebracht, und
zwar am Mittelpunkt zwischen den Halterungen und direkt gegenüber der
Kerblinie.
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Die
Last wird in einer Sinuswellenform mit einer Frequenz von 3 Hertz
aufgebracht. Die Last wird zyklisch variiert zwischen einem maximalen
Lastwert und einem Wert von 1/10 des Maximums, um ein R-Verhältnis von
0,10 zu erhalten. Drei unterschiedliche maximale Lastwerte werden
benutzt. Die Magnituden der maximalen Lastwerte sind abhängig von
der um 0,2 Prozent verschobenen Biegefestigkeit der Probe.
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Die
Ablenkung der Probe unter den ersten Lastzyklus in dem Dauerbiegefestigkeitstest
wird gemessen. Die Ablenkung kann durch ein Dehnungsmesser und durch
eine Feinanzeige gemessen werden, die im Stand der Technik bekannt
sind. Eine geeignete Einrichtung wird hergestellt durch die Mechanical
Testing Systems Company aus Edon Prairie, Minnesota, und verkauft
als MTS Modell 632. Die getestete Probe wird dahin gehend beurteilt,
daß sie
versagt hat, wenn die Ablenkung bei einem gegebenen Zyklus das Doppelte
der Ablenkung des ersten Zyklus beträgt.
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Die
0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeit kann allgemein ermittelt werden
in Übereinstimmung
mit ASTM D790-92, Verfahren 1, modifiziert wie folgt. Eine 1 × 2 Inch
Probe des Mediums 40 wird bereit gestellt. Die Probe (keine Kerblinie)
wird in einer vorerwähnten
Dreipunkt-Biegetestvorrichtung belastet und einmal getestet, indem
sie bei einer Querkopfgeschwindigkeit von 0,02 Inch pro Minute gebogen
wird, bis eine plastische Verformung auftritt (1 Inch = 2,54 cm).
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Die
Biegefestigkeit bei 0,2 Prozent Offset wird dann heraus gefunden.
Die 0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeit wird dann heraus gefunden,
indem eine gerade Linie parallel zu dem linearen Bereich der Biege-Spannung/Dehnung-Kurve
gezogen wird und vom Ursprung auf der Abszisse um 0,0015 Inch (0,2
Prozent der 0,750 Inch Spanne) verschoben wird. Die 0,2 Prozent
Offset-Biegefestigkeit an der 0,2 Prozent Verschiebungsstelle wird
heraus gefunden als der Schnittpunkt dieser Linie und der Biegebelastung-gegen-Ablenkung-Kurve.
Die drei Proben werden auf diese Weise getestet und die Ergebnisse
werden gemittelt, so daß sie
einen einzelnen 0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeitswertstelle ergeben.
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Die
Werte entsprechen 60, 85 und 110 Prozent der 0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeit werden
heraus gefunden. Auf diese Weise werden drei Werte für die maximalen
Belastungswerte bei der Dauerbiegefestigkeitsbestimmung verwendet,
das heißt,
0,060, 0,85 und 1,10 der 0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeit.
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Drei
Dauertests werden bis zum Versagen durchgeführt, wie dies oben beschrieben
wird. Jeder der Dauertests nutzt einen der drei vorerwähnten maximalen
Belastungswerte, wobei jede Belastung ein Mehrfaches der 0,60, 0,85
und 1,10 der 0,2 Prozent Offset-Biegefestigkeit ist. Drei Proben
werden bei jeder der drei spezifizierten Belastungen für eine Gesamtzahl
von neun Proben gefahren. Für
jeden maximalen Belastungswert werden drei Datenpunkte gemittelt,
so daß sich
ein einzelner Datenpunkt ergibt.
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Die
drei resultierenden Datenpunkte werden auf einer halb logarithmischen
Kurve geplottet, welche die Belastung gegen die Anzahl der Zyklen
wiedergibt, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Die Dauerbiegefestigkeit
ist dann die Asymptote der Kurve durch die drei Datenpunkte. Die
Kurve nimmt die allgemeine Form Y = AX–0,5 +
B an, wobei B diese Asymptote ist. Die Asymptote der Kurve entspricht
der Dauerbiegefestigkeit für
die betreffenden Datenpunkte. Obwohl der Fachmann mathematische
Techniken kennt, um diese Gleichung nach B aufzulösen, wird
die Dauerbiegefestigkeit am leichtesten unter Verwendung eines Regressionsprogrammes
heraus gefunden, das für
die meisten Ingenieur-Softwareprogramme gebräuchlich ist. Ein geeignetes
Programm ist Excel, verkauft durch Microsoft Corporation aus Redmond,
Washington.
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Das
Medium 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung hat auch einen trockenen Druckabfall von weniger als 70,
vorzugsweise weniger als 50 und ganz bevorzugt weniger als 30 Inch
Wasser (1 Inch = 2,54 cm). Der Druckabfall wird wie folgt gemessen.
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Eine
geeignete bemessene Probe des Mediums 40 wird in einer
Testkammer eingeklemmt, so daß ein Abschnitt
von 4 Inch Durchmesser des Mediums 40 einem Luftstrom durch
dieses hindurch ausgesetzt ist. Die Testvorrichtung umfaßt eine
Rohrlänge
von 7 Inch Länge
mit einem nominalen Innendurchmesser von 2 Inch. Der Innendurchmesser
des Rohres verjüngt
sich in einem eingeschlossenen 7° Winkel über eine
Länge von 16
Inch auf einen nominalen Innendurchmesser von 4 Inch. Die Probe
des Mediums 40 wird dann an dem Bereich der Vorrichtung
mit dem nominalen Innendurchmesser von 4 Inch geklemmt. Stromabwärts der
Probe 40 verjüngt
sich die Vorrichtung wiederum in einem eingeschlossenen Winkel von
7° von einem
nominalen Innendurchmesser von 4 Inch auf einen nominalen Innendurchmesser
von 2 Inch. Dieser Innendurchmesserabschnitt von 2 Inch der Testvorrichtung
ist auch wenigstens 7 Inch lang und gerade. Das Medium 40 ist
so orientiert, daß die
erste Lage 41 der Hochdruckseite (stromaufwärts) des
Luftstromes zugewandt ist (1 Inch = 2,54 cm).
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Achthundert
scfm pro Quadratfuß Luftstrom
(378 l/s pro 929 cm2) wird durch das Medium 40 hindurch aufgebracht
um insgesamt etwa 70 scfm (33 l/s) für die hier beschriebene Probe
zu erhalten. Der statische Druck über der Probe wird gemessen
durch ein Manometer, ein Paar Druckumformer oder andere geeignete Mittel,
die im Stand der Technik bekannt sind.
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Ein
Vergleich verschiedener Medien des Standes der Technik mit einem
[oder mehreren] Medium
40 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist unten in Tabelle I gezeigt. TABELLE
I
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Falls
man den Stand der Technik I aus der Tabelle I als Ausgangspunkt
nimmt, könnte
man leicht glauben, daß das
Problem der geringen Dauerbiegefestigkeit in den Griff bekommen
werden kann, indem eine perforierte Platte als letzte Lage 45 hinzu
gefügt
wird, was zum Stand der Technik II führt. Der Stand der Technik II
zeit jedoch die Wechselbeziehung zwischen der Dauerbiegefestigkeit
und dem Druckabfall. Wenn die Dauerbiegefestigkeit zunimmt, tut
dies auch der Druckabfall – was
zu unakzeptablen Betriebsergebnissen führt. Im Gegensatz dazu hat
der Stand der Technik III einen akzeptablen Druckabfall, aber eine
nicht akzeptable Dauerbiegefestigkeit.
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So
ergibt sich nur mit der vorliegenden Erfindung eine akzeptable Kombination
aus Dauerbiegefestigkeit- und Druckabfallergebnissen. Man sollte
vorzugsweise nicht versuchen, einen akzeptablen Druckabfall und
eine Dauerbiegefestigkeit unter Verwendung einer sehr offenen ersten
Lage und einer relativ dicken perforierten Platte mit geringem Öffnungsbereich
für wenigstens
die Lage 46. Eine solche Ausführungsform kann eine inakzeptable
Entwässerung
bzw. Lagenabstützung
liefern. Im Vergleich zwischen dem Stand der Technik III und der
vorliegendem Erfindung I zeigt sich, daß ein Hinzufügen einer
perforierten Platte, um eine Dauerbiegefestigkeit zu erhalten, auch
den Druckabfall um etwa 21 Inch Wasser erhöht. Es ergibt nun mit der vorliegenden
Erfindung, daß mit
dem Übergang
von dem 4-schichtigen Stand der Technik III Medium 40 zu
dem 6-lagigen Medium 40 der vorliegenden Erfindung der
Druckabfall konstant bleibt, wenn die Dauerbiegefestigkeit auf einen
akzeptablen Wert zunimmt. Die vorliegende Erfindung I wird eine
Dauerbiegefestigkeit von wenigstens der gleichen Größe haben,
wie dies im Stand der Technik II gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung fügt
die Kombination der Lagen 42–46 nach der ersten
Lage 41 nicht mehr als 1245,4 Pa (5 Inch Wasser) dem Druckabfall
im Medium 40 bei 800 scfm pro Quadratfuß (378 17 L pro 929 cm2) hinzu.
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Wie
oben gezeigt wurde, umfaßt
das Medium 40 eine Mehrzahl von Lagen im Bereich von einer
ersten Lage 41 bis einer letzten Lage 46. Die
Lagen 41–46 des
Mediums 40 dienen drei unterschiedlichen Funktionen: Abstützung für die darauf
hergestellte Bahn 21, Festigkeit und als Verbindungen zwischen
den Stützlagen
und den Festigkeitslagen. Die Verbindungslagen sind notwendig, weil
die erste Lage 41 so fein verformbar ist, daß sie sich
ohne die Zwischenlagen 42–44 als Verbindung
dazwischen in die Zwischenräume
der Festigkeitslagen 45–46 hinein verformen
würde.
Ein solche Verformung würde
die hydraulische Verbindung zwischen der ersten Lage 41 und
der Bahn 21 brechen. Die Zwischenlagen 40I behalten
die allgemein planare Konfiguration der ersten Lage 41.
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Die
Lagen 41–46 sind
vorzugsweise von der feinsten Lage 41 bis zur gröbsten Lage 46 angeordnet. Die
feinste Lage 41 liefert eine Abstützung, wie dies oben diskutiert
wurde. Die gröbste
Lage 46 und möglicherweise
eine oder zwei benachbarte Lagen der gröbsten Lage 46 liefern
die Festigkeit. Die Lagen 42–44 zwischen der ersten
Lage 41 und den Festigkeitslagen 45–46 liefern
eine hydraulische Verbindung zwischen diesen und eine Abstützung für die erste
Lage 41 darüber.
Es ist wichtig, daß jede
Lage 41–45 in
dem Medium 40 über
der perforierten Platte 46 in der Lage ist, sowohl senkrecht
als auch seitlich einen Fluidstrom zu schaffen. Vorzugsweise, wenn
die Lagen 40–46 als
eine einheitliche Anordnung für
das Medium 40 angesehen werden, die hier beschriebenen
Eigenschaften von Druckabfall und Dauerbiegefestigkeit.
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Die
erste Lage 41 des Medium 40 berührt die
Bahn 21. Die erste Lage 41 ist typischerweise
die feinste Lage des Mediums 40 und hat Poren oder andere
Lücken-Strömungskanäle, die
feiner sind als mittleren Lücken
in der Bahn 21, die zu trocknen ist. Vorzugsweise haben
die Poren der ersten Lage 41 eine nominale Größe von 20
Micron oder weniger, ganz bevorzugt von 15 Micron oder weniger und äußerst bevorzugt
von 10 Micron oder weniger. Die Porengröße wird von SAE Standard ARP
901 abgeleitet, veröffentlicht
am 01. März
1968 und hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
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Die
erste Lage 41 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Dutch-Twilo-Gewebe
haben. Ein Dutch-Twilo-Gewebe kann mit Poren gewebt sein, die klein
genug sind, um eine begrenzende Öffnung
für einen
Fluidstrom durch diese hindurch bereit zu stellen, wenn das darauf
hergestellte Papier während
der Papierher stellung getrocknet wird. Auch ein Dutch-Twilo-Gewebe
kann so gewebt sein, daß es
eine Porengröße hat,
die klein genug ist, daß eine
kapillare Entwässerung
auftritt. Ein Dutch-Twilo-Gewebe hat sowohl Kettfäden als
auch Schußfäden, welche
abwechselnd über
zwei und unter zwei Drähten
in jeder Richtung hindurch gehen. Alternativ kann ein Karogewebe
verwendet werden, obwohl dies möglicherweise
nicht Poren aufweist, die klein genug sind.
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Auch
ein breitmaschiges Twilo- oder breitmaschiges Twilo-ZZ-Gewebe kann
verwendet werden. Solche Gewebe sind dargestellt in der Literatur
von Haver und Boecker im US Patent Nr. 4,691,744, veröffentlicht am
08. September 1987 für
Haver et al.
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Die
gröbste
Lage 46 des Mediums 40 kann eine perforierte Platte
oder ein gewebter Metallstoff sein. Diese Lage 46 liegt
am weitesten entfernt von der Bahn 21. Eine Platte mit
einem kontinuierlichen Stütznetzwerk
für den
Lastweg wird vorgezogen, um den diametrisch beaufschlagten Lasten
und den Ringspannungen zu widerstehen, die auftreten, wenn das Medium 40 für die Papierherstellung
verwendet wird.
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Die
Dicke der gröbsten
Lage 46 beträgt
vorzugsweise von etwa 0,020 bis 0,030 Inch (0,51 bis 0,76 nun) für die hier
beschriebenen Ausführungsformen.
Falls die gröbste
Lage 46 zu dick ist, kann die Herstellung schwieriger werden.
Falls eine perforierte Platte für
das gröbste
Medium 46 verwendet wird und die Platte zu dünn ist,
wird sie wahrscheinlich nicht in der Lage sein, die hier angegebenen
Anforderungen an die Dauerbiegefestigkeit zu erfüllen. Ein Anteil der Dauerbiegefestigkeit,
die nicht durch die gröbste
Lage 46 bereit gestellt wird, kann kompensiert werden,
durch Bereitstellen stärkerer
mittlerer Lagen 42–45.
Eine solche Anordnung ist im Allgemeinen nicht erwünscht, da
sie den Druckabfall erhöht
und den Strömungsweg
des Fluidflusses durch das Medium 40 stören kann. Die perforierte Platte
kann einen Öffnungsbereich
im Bereich von 20–40% und
ganz bevorzugt im Bereich von 30–37% haben.
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Die
Lagen 42–45 zwischen
der ersten oder feinsten Lage 41 und der gröbsten Lage 46 werden
als Zwischenlagen 40I bezeichnet. Die Zwischenlagen 40I sind
vorzugsweise gewebt. Falls die Zwischenlagen 40I gewebt
sind, liefert das spezifische Gewebe vorzugsweise einen ungehinderten
Strömungskanal,
das heißt, eine
Pore in der senkrechten Richtung zu der Ebene der Lage 40I durch
die gesamte Lage 40I hindurch. Ein bevorzugtes Gewebe für diese
Lage 40I ist ein Karogewebe, obwohl ein Twilo-Karogewebe
auch zufrieden stellen würde.
Ein Twilo-Karogewebe hat quadratische Öffnungen und Schußfäden, die über zwei
und unter einem oder zwei Kettfäden
in einem diagonalen Muster verlaufen.
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Bei
einem Karogewebe sind der Kettfaden und der Schußfäden in einem einfachen eins über oder
eins unter Muster gewebt. Im letzten Fall haben die Kett- und Schußfäden identische
Durchmesser. Die Maschenzahl eines Karogewebes ist die gleiche in
beiden Richtungen und der Strömungsweg
verläuft
gerade hindurch, in der Richtung senkrecht zur Ebene der Lage 40I.
Ein Karogewebe wird für
die Zwischenlagen 40I vorgezogen, weil ein Karogewebe den
besten Ausgleich eines zweiphasigen Fluidstromes in den Richtungen
senkrecht und quer zu der Lage 40I liefert. Verglichen
mit einem Karogewebe identischer Maschenzahl kann das Twilogewebe
Fäden mit
größerem Durchmesser
nutzen, um eine größere Dichtigkeit
und Festigkeit zu erhalten. Ein Uni-Dutch-Gewebe nutzt ein Karogewebemuster
mit Kettfäden
von größerem Durchmesser
als die Schußfäden. Das
umgekehrte Uni-Dutch-Gewebe ist auch geeignet und hat ein Karogewebemuster
mit Schußfäden von
größerem Durchmesser
als die Kettfäden.
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Im
Gegensatz zu den Lehren des Standes der Technik wird vorgezogen,
daß keine
der Zwischenlagen 40I ein Uni-Dutch-Gewebe aufweist. Gewebe
wie das Dutch-Twilo-,
Uni-Dutch- und umgekehrte Uni-Dutch-Gewebe neigen, wenn sie für die Zwischenlagen 40I verwendet
werden, dazu, den Luftstrom durch das Medium 40 unnötig einzuschränken. Im
Gegensatz dazu liefern Uni-Karo-Gewebe eine verbesserte Drainage
zum Entwässern
der Bahn 21. Die verbesserte Drainage erfolgt aufgrund
des höheren
projizierten Öffnungsbereichs
des Uni-Gewebes. Bedarfsweise können
andere Typen von Gewebe verwendet werden, voraus gesetzt, daß die Lage 40I einen
Luftstrom sowohl senkrecht zum Medium 40 als auch quer,
das heißt,
innerhalb der Lage 40I, hat.
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Die
Lagen 41–46 können miteinander
verbunden sein, um ein einheitliches Medium 40 zu bilden,
und zwar wie folgt. Erstens sind die Zwischenlagen 40I einzeln
kalandriert. Optional kann die erste Lage 41 auch kalandriert
sein. Das Kalandrieren muß ausreichend
sein, um eine adäquate
Strebfläche
zu schaffen, ohne aber die Fasern zu kräuseln oder den Öffnungsbereich
der Poren unnötig
zu verringern. Das Kalandrieren ist ausreichend, um die Dicke der
Lagen 41–45 auf
etwa 65 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Dicke zu verringern.
Es wird erkennt werden vom Fachmann, daß ein beachtlicher Bereich
von Kalandriergraden verwenden werden kann, um den gewünschten
Strebbereich zu schaffen. Der Strebbereich ist wichtig beim Bereitstellen einer
adäquaten
Abziehfestigkeit zwischen den Lagen.
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Die
Lagen 41–46 werden
dann übereinander
in der gewünschten
Folge angeordnet. Wie oben angemerkt, sind die Lagen vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, monoton in einer Reihenfolge von der
Lage 41 mit dem kleinsten Porengröße zur Lage 46 der
größten Porengröße angeordnet.
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Die
Lagen 41–46 werden
dann gesintert, um jede Lage mit der angrenzenden Lage 41–46 zu
verbinden. Das Sintern kann in Übereinstimmung
mit Verfahren durchgeführt
werden, die von den Fachleuten des Standes der Technik verwendet
werden, um Filtermedien herzustellen, wie dies im Stand der Technik
bekannt ist. Der Sintervorgang erzeugt ein Laminatmedium 40,
wie dies hier beschrieben wird.
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Vorliegende
Erfindung I
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Das
Folgende beschreibt das Medium 40, das als vorliegende
Erfindung I in Tabelle I oben aufgelistet ist. Die Lagen 41–45 des
Mediums 40 wurden hergestellt aus einem 304L oder 316L
Edelstahl. Die letzte Lage 46 wurde hergestellt aus 304
Edel stahl. Die erste Lage 41 des Mediums 40 ist
sehr fein, um die Mikroporen zu schaffen, welche den Luftstrom durch
das Medium 40 und durch die absorbierende embryonische
Bahn 21 hindurch zu begrenzen. Die erste Lage 41 umfaßt ein gewebtes
Metallsieb mit einem 165 × 140
Dutch-Twilo-Gewebe. Das Sieb wurde hergestellt mit Kettfäden von
0,0028 Inch Durchmesser (0,07 mm) und Schußfäden von 0,0016 Inch (0,04 mm)
Durchmesser. Wie oben angemerkt wurde, wird ein Karogewebe für die erste
Lage 41 nicht vorgezogen, so daß die erste Lage 41 Poren
hat, die klein genug sind, um eine adäquate Bahnabstützung, adäquate hydraulische
Verbindungen und eine begrenzende Öffnung für den Luftstrom durch die Bahn 21 zu
schaffen.
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Die
zweite Lage 42 des Mediums 40 folgt nach unten
angrenzend an die erste Lage 41. Die zweite Lage 42 umfaßt einen
gewebten Metallstoff mit einem 150 × 150 Karogewebe aus Fäden mit
0,0026 Inch (0,066 mm) Durchmesser, um eine adäquate Abstützung für die erste Lage 41 zu
schaffen.
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Die
dritte Lage 43 des Mediums 40 folgt angrenzend
an die zweite Lage 42. Die dritte Lage 43 umfaßt einen
gewebten Metallstoff mit einem 60 × 60 Karogewebe aus Fäden mit
0,0075 Inch (0,19 mm) Durchmesser.
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Die
vierte Lage 44 des Mediums 40 folgt der dritten
Lage 43. Die vierte Lage 44 umfaßt einen
gewebten Metallstoff mit einem 30 × 30 Karogewebe mit Fäden von
0,016 Inch (0,40 mm) Durchmesser.
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Die
fünfte
Lage 45 des Mediums 40 folgt der vierten Lage 44.
Die fünfte
Lage 45 umfaßt
einen gewebten Metallstoff mit einem 16 × 16 Karogewebe mit Fäden von
0,028 Inch (0,71 mm) Durchmesser.
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Die
gröbste
Lage 46 des Mediums 40 liefert eine Abstützung zum
Ausgleich des Mediums 40. Die gröbste Lage 46 ist eine
perforierte Metallplatte. Für
die hier beschriebene Ausführungsform
hat sich eine sechste Lage 46 mit eine 24 Gauge Stahlplatte
mit einer Dicke von 0,0239 Inch (0,60 mm) und etwa einer 37 Prozent Öffnungsfläche als
gut arbeitend heraus gestellt. Die etwa 37 Prozent Öffnungsfläche wurden
geschaffen durch Löcher
mit 0,080 Inch (2,03 mm) Durchmesser, die bilateral um 60 Grad in
einem Abstand von 0,125 Inch (3,17 mm) versetzt waren. Das Lochmuster
ist versetzt in einem Weg parallel zur Maschinenrichtung. Wie von
den Fachmann erkannt werden wird, ist im Allgemeinen für äquivalente Öffnungsbereiche
ein Muster, das eine größere Anzahl
kleinerer Löcher
bereit stellt, einem Lochmuster mit einer kleineren Anzahl relativ
größerer Löcher vorzuziehen.
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Die
gröbste
Lage 46 des Mediums 40 war die sechste Lage 46 in
der hier beschriebenen Ausführungsform.
Es wird jedoch erkannt, daß ein
Medium 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit drei bis neun Lagen hergestellt werden kann.
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Alternativ
kann die gröbste
Lage 46 einen gewobenen Stoff umfassen. Falls die gröbste Lage 46 ein gewobener
Stoff ist, kann dieser ein 12 × 12
Karogewebe mit Fäden
von 0,032 Inch (0,81 mm) Durchmesser aufweisen. Es ist klar, daß die 12- × Beschreibung
festlegt, daß es
12 der Fäden
pro Inch einer Richtung senkrecht zu der Hauptlänge der Fäden gibt und die erste Richtung
die Kettfadenrichtung ist.
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Das
vorerwähnte
obige Medium 40 ist nützlich
zum Trocknen einer embryonischen Bahn 21 mit einem Zellstoff-Filtrationswiderstand
(PFR) von 5 bis 20 und vorzugsweise von 10 bis 11. Der Zellstoff-Filtrationswiderstand
wird gemessen gemäß dem Verfahren,
das angegeben ist im allgemein übertragenen
US Patent 5,228,954, veröffentlicht
am 20. Juli 1993 für
Vinson et al.
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Wie
hier verwendet, bezieht sich eine "Bahn" oder "faserige Zellulosestruktur" auf Strukturen,
wie Papier, mit wenigstens fünfzig
Prozent Zellulosefasern und einem Gleichgewicht von synthetischen
Fasern, organischen Füllstoffen,
anorganischen Füllstoffen,
Schäumen
etc. Geeignete faserige Zellulosestrukturen für die Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung können
gefunden werden in den allgemein übertragenen US Patenten 4,191,609,
veröffentlicht
am 04. März
1980 für
Trokhan; 4,637,859, veröffentlicht
am 20. Januar 1987 für
Trokhan und 5,245,025, veröffentlicht
am 14. September 1993 für
Trokhan et al. Wie hier verwendet, wird eine Bahn als absorbierend" angesehen, wenn
sie Wasser halten und zurück
halten und Wasser von einer Oberfläche entfernen kann.
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Die
Wasser-Abführrate
für die
Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird gemessen in Pfund Wasser, das pro Pfund Faser entfernt
wurde, geteilt durch die Zeit, in der die Fasern dem Verfahren ausgesetzt
waren. Mathematisch kann dies ausgedrückt werden als die Wasser-Abführungsrate
= (Pfund Wasser entfernt/Pfund Faser)/Zeit in Sekunden.
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Die
Wasser-Abführrate
wird erhalten durch Messen der Konsistenzen der embryonischen Bahn 21 vor und
nach der Vorrichtung 20 unter Verwendung einer gravimetrischen
Wiegung und einer Konvektionstrocknung, um eine knochentrockene
Basislinie zu erhalten.
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Obwohl
das Medium 40 und die Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einer Durchlufttrocknung einer embryonischen
Bahn 21 diskutiert wurden, wird erkannt werden, daß die hier beschriebene
und beanspruchte Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung
kann auch in Verbindung mit einer Filztrocknung oder auch mit Kapillartrocknungseinrichtungen
verwendet werden.