DE69827523T2 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von nebel und staub bei der herstellung und veredelung von papier und pappe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
• Die Herstellung von Papier oder Karton kann in zwei Phasen unterteilt werden, umfassend die Bildung der Basisbahn, d. h. die Basiskartonage oder das Basispapier, gefolgt von der Behandlung dieser Bahn mittels Beschichten, Glätten, Schneiden und Wickeln. Mit Ausnahme des Wickelns beinhalten alle diese Schritte eine Emission verschiedener Arten von Nebel und Staub, die unerwünscht sind, wenn sie in die Umgebungen entweichen können. Daher muss ein Hauptanteil der Papiermaschine und der Endbearbeitungsanlage mit Abdeckungen und Abschirmungen umschlossen sein. Aus dem Inneren dieser umschlossenen Räume werden der Staub und der Nebel mittels Absaugens durch einen Unterdruck entfernt. Die aus den umschlossenen Räumen abgesaugte Luft wird von der Feuchtigkeit, vom Staub und von dem Nebel gereinigt, bevor die Luft in die Umgebungsatmosphäre abgegeben wird. Solche Abschirmungen, genauso wie auch das Reinigen der abgesaugten Luft sind teuer zu implementieren. Die Sammelsysteme müssen für großvolumige Luftströme konzipiert sein, weil die Innenoberflächen der Abdeckungen und der Anlage frei von Kondensat oder Schmutz gehalten werden müssen, das bzw. der ansonsten auf die herzustellende Bahn fällt oder anderweitig darauf auftreffen könnte.
• Insbesondere beim Beschichten einer Papierbahn können auf die Bahn fallende Wassertröpfchen oder andere Fremdbestandteile auf einfache Weise Defekte in der herzustellenden Bahn verursachen. Demgegenüber können Regionen einer unzureichenden Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Abdeckungsstrukturen auftreten, was die Ansammlung an Fremdsubstanz in dem System möglich macht. Überdies ist die Aufsammlung von Beschichtungsnebel insbesondere aus der Abluft nur schwierig und kompliziert zu vollziehen, weil diese angesammelten Ausschussbeschichtungen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit nicht in die Abwasseranlagen abgegeben werden können, sondern demgegenüber in den Maschinenkreislauf zurückgeführt werden. Das in den Maschinenkreislauf zurückgeführte Beschichtungsmaterial muss jedoch frei von Fremdstoffen und Luftblasen sein, womit das Ansammeln von Beschichtungsnebel aus einer Luftströmung eine technisch anspruchsvolle Aufgabe ist.
• In der EP 0 682 992 ist eine Endbearbeitungsvorrichtung aufgezeigt, wobei der in der Endbearbeitungsvorrichtung gebildete Nebel gesammelt wird, indem ein Luftstrom gegen die Laufrichtung der Bahn geblasen und ein Sogeffekt zum Sammeln des Staubes an einer stromaufwärtigen Position des Luftgebläses angewendet wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzusehen, das zum Steuern der Emissionen von Staub, Nebel und anderen in Tropfen- oder Partikelform auftretenden Stoffen bei der Papierherstellung geeignet ist, wobei derartige Stoffe auf gewünschte Oberflächen geführt werden.
• Das Ziel der Erfindung wird erreicht, indem die dem Verfahren zu unterziehenden Tröpfchen oder Partikel einem Verfahren zum Auftreffen auf eine gewünschte Fläche unterzogen werden, und zwar mittels sowohl einem zwischen einer Gegenelektrode mit niedrigem Potential, vorteilhafterweise dem Erd-Potential, und einer Mehrzahl von Elektroden, die vorteilhafterweise spitzförmige Strukturen haben und an einem erhöhten Potential anliegen, erzeugten elektrischen Feld und zusätzlich durch den Ionen-Strahl, der durch eine Glimmentladung erzeugt wird, die in der Nähe der an dem erhöhten Potential anliegenden Elektroden generiert wird. Eine solche Sammel-Fläche kann beispielsweise durch die herzustellende Bahn oder alternativ durch eine zweckdienliche Elektrode mit Erdungs-Potential gebildet sein.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargelegt ist.
• Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 7 festgehalten ist.
• Die Erfindung bietet beträchtliche Vorteile.
• Dank der Erfindung, kann in die Luft getragene Fremdsubstanz direkt auf einer gewünschten Fläche gesammelt werden, die beispielsweise eine zu behandelnde oder zu fertigende Bahn sein kann. In dem Fall, in dem der Beschichtungsnebel oder alternativ der Feuchtigkeit und Fasern enthaltende Nebel, der von der zu bildenden Bahn abgegeben wurde, wirksam auf die in dem Verfahren laufende Bahn zurückgeführt werden kann, wird die Menge an mittels eines Vakuums zurückzuführender Fremdsubstanz wesentlich reduziert, womit die Reinigung der Abluft leichter wird. Die Formgestaltung der Vorrichtung ist leicht modifizierbar, was einen großen Nutzen darstellt, weil der in Papiermaschinen zur Verfügung stehende Installationsraum aus unterschiedlichen Gründen extrem begrenzt ist. Aufgrund der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die zu sammelnden Emissionen sehr nahe an ihrem Entstehungspunkt aufgefangen werden, was dazu verhilft, die Verschmutzung der Papierherstellungs-Ausrüstung zu verhindern. Ein besonders vorteilhafter Nutzen liegt in der Möglichkeit einer Rückführung des angesammelten Materials zurück zur Bahn, wobei die Menge an zurückgeführtem Material reduziert ist.
• Im Folgenden wird die Erfindung in größerem Detail unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der
• 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung basiert auf einer Anwendung der sogenannten Ionenstrahl-Technik. Bei diesem Verfahren wird ein starkes elektrisches Feld zwischen einer oder im Allgemeinen einer Anzahl spitzförmiger Emissionselektroden und einer flachen Gegenelektrode vorgesehen. Der Kopf der spitzförmigen Elektrode unterstützt eine Glimm- oder Koronaentladung, mit der Partikel in der Nähe der Elektrode geladen werden, was die Bildung von Ionen in dem elektronegativen Gas verursacht. Die Ionen wandern entlang der Feldlinien des elektrischen Feldes ab, das zwischen der geladenen Elektrode und der Elektrode mit dem Erd-Potential gebildet ist, wobei die Ionen an Partikeln anhaften, auf die sie bei ihrer Wanderung auftreffen. Das elektrische Feld transportiert die somit geladenen Partikel an die Elektrode des Erd-Potentials, auf der sie aufgrund elektrischer und mechanischer Kräfte anhaften. Wenn die Beabstandung zwischen den Elektroden groß und die Spannung ausreichend hoch (größer als 50 kV) gewählt ist, wird ein Gasstrom erzeugt, der einen mechanischen Abtransport der zwischen den Elektroden hindurchtretenden Partikel in Richtung zur Elektrode mit Erdungspotential ermöglicht. Dieses Phänomen wird als Ionenstrahl-Wind bezeichnet. Bei dem Ionenstrahl-Effekt wird das am Kopf einer spitzförmigen Elektrode gebildete elektrische Feld an der Elektrodenspitze ein konisches Feld erzeugen, in dem das ionisierte Gas und Partikel transportiert werden. Der Ionenstrahl-Effekt nimmt Einfluss auf sowohl die Feststoff-Partikel als auch auf flüssige Tröpfchen.
• Bei der Papierherstellung kann der Ionenstrahl-Effekt dazu genutzt werden, um Rohmaterial an ein Bahnbildungs-Substrat oder an eine Sammelplattform zu binden, von der das gesammelte Material unter Anwendung einer geeigneten Technik entfernt werden kann. In der Praxis kann das Sammelsubstrat durch jedwede Fläche gebildet sein, die für das elektrische Feld transparent oder alternativ eine leitfähige Fläche ist. Da die Bahn in einem kontinuierlichen Prozess auf einer sich bewegenden Oberfläche gebildet wird, ist das zu bestäubende Werkstück im Allgemeinen aus einem Draht, Filz oder Band gebildet.
• In 1 sind verschiedene Applikationen der Erfindung aufgezeigt. Die in der Darstellung veranschaulichte erste Ausführungsform ist insbesondere zum Anhaften von Staub oder Beschichtungsnebel an eine Bahn geeignet. Hierzu läuft eine Bahn 1 unterstützt durch 4 Führungswalzen 2–5. Die erste Führungswalze 2 und die letzte Führungswalze 5 dienen jeweils lediglich der Unterstützung der ein- und auslaufenden Bahn 1. Über den Führungswalzen 3, 4, die zwischen den äußeren Führungswalzen 2, 5 eingepasst sind, ist ein leitfähiger Draht 6 gespannt, der zum Lauf entlang eines geschlossenen Dreiecks-Weges bestimmt ist, um so über die die Bahn unterstützenden Trägerwalzen 3, 4 und über eine Draht-Führungswalze 7 zu laufen, die selbst in einem Abstand zur Bahn 1 montiert ist. Die den leitfähigen Draht 6 führenden Walzen 3, 4, 7 liegen an dem Erdungspotential an, womit durch den Leitungsdraht 6 eine Erdungspotentialfläche unterhalb der Bahn 1 vorgesehen ist, die auf diesem Draht mitläuft. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn 1 bezüglich des leitfähigen Drahtes 6 sind spitzförmige Elektrodenköpfe 8 angeordnet, die an einem erhöhten Potential anliegen und die an einem Elektroden-Trägerrahmen 10 montiert sind. Der Elektroden-Trägerrahmen 10 ist an einer Hochspannungs-Quelle 11 angeschlossen. Neben den Elektrodenköpfen 8 ist in der Maschinenlaufrichtung der Bahn 1 eine Postkoronavorrichtung 12 montiert, die ebenfalls an der Hochspannungs-Quelle 12 angeschlossen ist.
• Des Weiteren ist bei weitergeführter Bahn 1 eine Post-Kollektor-Einheit 13 vorgesehen, die dazu dient, den gerade auf die Bahn übertragenen Staub von der Bahn 1 zu entfernen. Die Post-Kollektor-Einheit 13 umfasst ein Abschirmgehäuse einer Gegenelektrode 15, wobei die Abschirmung mittels eines Gebläses 14 an ein Vakuum angeschlossen ist, und wobei deren offene Seite der Bahn 1 zugewandt angeordnet ist. Da die Funktion der Post-Kollektor-Einheit 13 in einem Entfernen des an der Bahn 1 anhaftenden Staubes liegt, wird nun die Gegenelektrode 15 in der Abschirmung oberhalb der Bahn an eine Niederspannungs- oder an ein Erdungspotential angeschlossen. An der gegenüber liegenden Seite der Bahn 1 ist ein Leitungsdraht 16 angeordnet, der über einen Dreiecks-Weg auf Führungswalzen 17, 18, 19 läuft. Mit Hilfe einer Hochspannungsquelle 20 wird dieser Leitungsdraht 16 an ein gegenüber der Gegenelektrode 15 in der Post-Kollektorvorrichtungs-Abschirmung höheres Potential gelegt. Selbstverständlich kann der umlaufende Draht durch einen Endlosriemen oder ein Band ersetzt sein.
• Der Feldeffekt der Elektrodenköpfe 8 muss sich über den gewünschten Aufsammlungsbereich erstrecken. Da der elektrische Feld-Sektor von jedem der Elektrodenköpfe 8 eine konische Form hat, muss die Anzahl und die Anordnung der Elektrodenköpfe so vorgesehen sein, dass sich ein einheitliches Feld auf der Gegenelektrode 6 als Ergebnis der konischen Einzelfeld-Sektoren aus der Anordnung der Köpfe der geladenen Elektrodenköpfe ergibt. Die erforderliche Spannung hängt von der Distanz zwischen der Gegenelektrode 6 zu den geladenen Elektrodenköpfen 8 ab, der von 2 mm bis 2 m variieren kann, wohingegen in der Praxis ein Abstand von 100 mm bis 1000 mm aufgrund des Raumes verwendet werden muss, der durch die Staubansammlungs-/Übertragungs-Ausrüstung erforderlich ist. Während ein größerer Abstand zwischen den Elektroden als solcher keine Auswirkung auf die Funktion der Vorrichtung hat, wird dieser die Größe der Vorrichtung erhöhen. Die zwischen den Elektroden angelegte Spannung kann in dem Bereich von 30–1000 kV variieren, wobei typischerweise ein Spannungsbereich von 80–160 kV als für die obige Elektrodenanordnung praktikabel erachtet wurde. Die Gegenelektrode kann an ein positives oder negatives Potential angelegt sein, wobei ebenso jeweils die Elektrodenköpfe an den positiven oder negativen Pol der Spannungsquelle angeschlossen sein können.
• Zur Ansammlung von trockenem Staub funktioniert die oben beschriebene Vorrichtung wie folgt. Die Bahn 1 wird an die Führungswalze 2 von beispielsweise einem Randschneid-Messer geführt, das während dem Durchtrennungsschritt Staub von dem Rand der Bahn freisetzt, der daraufhin zusammen mit der sich bewegenden Bahn 1 aufgrund der mit der Bahn mitgeführten Luft-Grenzschicht zu wandern beginnt. Wenn die Bahn 1 unter die geladenen Elektrodenköpfe 8 kommt, dann trägt der von den Elektrodenköpfen 8 emittierte Ionenstrahl die Staubpartikel in Richtung zu dem Leitungsdraht 6, der den Lauf der Bahn 1 unterstützt. Die Staubpartikel werden an der Bahn 1 aufgrund elektrischer und mechanischer Kräfte anhaften. Demzufolge werden die Staubpartikel eine Bewegung auf der Bahn 1 weiterführen, womit sie vor einem Umherstreuen gehindert sind. Da eine permanente Anhaftung des trockenen Staubes an der Bahn nicht im Allgemeinen erwünscht ist, wird der Staub nachfolgend von der Bahn entfernt. Dieser Schritt der Staubentfernung wird mit Hilfe einer Post-Kollektor-Vorrichtung 13 ausgeführt. In dieser Vorrichtung sind die Elektroden-Potentiale bezüglich denjenigen in der oben beschriebenen Staub-Anhaftungsvorrichtung umgekehrt, womit ebenso die Ladung der Staubpartikel umgekehrt wird, wodurch es ihnen möglich ist, die Bahn 1 zu verlassen. Nachfolgend wandert der freigegebene Staub in Richtung zu der Gegenelektrode 15 der Post-Kollektor-Vorrichtung 13 und zusammen mit dem durch das Sauggebläse 14 vorgesehenen Saugstrom weiter weg von der Post-Kollektor-Vorrichtung. Der gesammelte Staub kann in den Bahnbildungsprozess rückgeführt werden, oder er wird beispielsweise zur Erzeugung thermischer Energie verbrannt.
• Zusätzlich zu der Ansammlung von trockenem Staub kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eingesetzt werden, um entweder den faserenthaltenden Wassernebel zurück in die Bahn 1 einzubinden, der aufgrund des Bahnbildungs-Prozesses emittiert wurde, oder den von der Beschichtungsvorrichtung emittierten Beschichtungsnebel, oder insbesondere ein speziell erzeugtes Beschichtungs-Aerosol, das auf die Bahn zumindest teilweise mit Hilfe der Ionenstrahl-Technik aufgebracht wurde. Ein solches Beschichtungs-Aerosol kann zum Beispiel mit Hilfe von Spray-Düsen vorgesehen werden. Dabei kann hier die Post-Kollektor-Vorrichtung 13 offensichtlich weggelassen werden, weil die Partikel wünschenswerterweise permanent an der Bahn anhaften. Die Ionenstrahl-Vorrichtung kann unter bestimmten Bedingungen als Kondensator dienen, der eine Ladung speichert, wobei die Kräfte, die die Bahn gegen ihre Träger hält, störend wirken können, nachdem die Bahn den Bereich der Gegenelektrode passiert hat. Um solche Kräfte einer Anziehung zu kompensieren, kann eine mit positiven oder negativen Ionen arbeitende Korona-Behandlung stromabwärts von der Bahn-Bildungseinheit eingesetzt werden. Die Korona-Behandlung wird unter Verwendung einer Vorrichtung 12 ausgeführt, deren Struktur der Ionenstrahl-Vorrichtung ähnlich ist.
• Die oben beschriebenen Beispiele und unterschiedlichen Ausführungsformen, die durch die Beschreibungen in den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sind, können offensichtlich unter Verwendung von einer oder einer größeren Anzahl von Spannungsquellen implementiert sein.

Claims (9)

1. Verfahren zum Behandeln einer Papier- oder Kartonbahn (1) während ihrer Herstellung, in welchem Verfahren die Bahn (1) an eine Bahnbehandlungs-Vorrichtung geführt wird, wobei mindestens ein Behandlungsschritt an der Bahn (1) vorgenommen wird, der eine Emission partikulärer Substanz, wie beispielsweise Nebel oder Staub verursacht, und in welchem Verfahren die Emission der partikulären Substanz gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritt umfasst: – Anordnen von zumindest zwei Elektroden (6, 8; 15, 16) in der Nähe eines Emissionspunktes dieser partikulären Substanz, – Anlegen von mindestens einer Elektrode (6; 15), nämlich einer Gegenelektrode, an ein niedriges Potential, – Anlegen von mindestens einer Elektrode (8; 16) an ein gegenüber der Gegenelektrode (6; 15) höheres Potential, und – Vorsehen der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden (6, 8; 15, 16) derart hoch, dass eine Korona-Entladung zwischen den Elektroden erzeugt wird, die einen Ionenstrahl in Richtung zur Elektrode (6; 15) mit niedrigerem Potential verursacht, wobei der Ionenstrahl zu einem Transfer von in den Zwischenraum zwischen diese Elektroden eintretender partikulären Substanz in Richtung zur Elektrode mit dem niedrigeren Potential fähig ist, wobei eine der mindestens zwei Elektroden durch ein endloses, bewegbares, elektrisch leitfähiges Trägerelement (6; 16) gebildet ist, das so angeordnet ist, dass es sich synchron mit der bewegten Bahn (1) und zumindest teilweise rückwärtig zu ihr bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6) die Gegenelektrode bildet, und dass auf der gegenüber liegenden Seite der Bahn (1) mit Bezug auf das Trägerelement (6) eine Mehrzahl von spitzförmigen, Entladungs-Elektroden (8) angeordnet ist, die an ein Potential angelegt werden, das höher als das Potential der Gegenelektrode (6) ist, wobei partikuläre Substanz, die in den Zwischenraum zwischen die spitzförmigen Elektroden (8) und die Bahn (1) eintritt, zur Bahn (1) hin wandert, um so auf selbiger aufgrund elektrischer und mechanischer Kräfte anzuhaften.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) die an ein höheres Potential angeschlossene Elektrode bildet, und dass auf der gegenüber liegenden Seite der Bahn (1) bezüglich des Trägerelementes (16) mindestens eine Gegenelektrode (15) vorgesehen ist, die gegenüber des Trägerelements (16) an ein niedrigeres Potential angelegt wird, wobei die an der Bahn (1) anhaftende partikuläre Substanz von der Bahn entfernt wird und in Richtung der Gegenelektrode (15) wandert.
4. Verfahren nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden in dem Bereich von 30–1000 kV, vorteilhafterweise 80–160 kV ausgewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Elektroden verschiedener Potentiale in dem Bereich von 2 mm bis 2 m, vorteilhafterweise 100–1000 mm gesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer einen Beschichtungsnebel bildenden Behandlungsvorrichtung, welcher Nebel zumindest teilweise an die Bahn (1) transferiert wird und mittels des Ionenstrahls daran anhaftet.
7. Vorrichtung zum Behandeln einer Papier- oder Kartonbahn (1) während ihrer Herstellung, welche Vorrichtung eine Bahnbehandlungsvorrichtung, bei der die Bahn (1) mindestens einem Behandlungsschritt unterzogen wird, der eine Emission von partikulärer Substanz, wie beispielsweise Nebel oder Staub verursacht, eine Vorrichtung zum Führen der Bahn (1) an die Bahnbehandlungsvorrichtung sowie eine Vorrichtung zum Steuern der Emission der partikulären Substanz aufweist, wobei die Vorrichtung zum Steuern der Emission der partikulären Substanz aufweist: – mindestens zwei Elektroden (6, 8; 15, 16), die in der Nähe eines Emissionspunktes der partikulären Substanz angeordnet sind, und – mindestens eine Spannungsquelle (11; 20) mit der mindestens eine Elektrode (8; 15), nämlich eine Gegenelektrode, an ein niedriges Potential legbar ist, und mit der mindestens eine Elektrode (8; 16), an ein Potential legbar ist, das höher als das Potential der Gegenelektrode (6; 15) ist, derart, dass die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden (6, 8; 15, 16) so hoch ist, dass eine Korona-Entladung zwischen den Elektroden erzeugt wird, die einen Ionenstrahl in Richtung zu der Elektrode (6; 15) des niedrigeren Potentials erzeugt, wobei der Ionenstrahl zum Transferieren der in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eintretenden partikulären Substanz in Richtung zu der Elektrode mit niedrigerem Potential fähig ist, wobei eine der mindestens zwei Elektroden durch ein endloses, bewegbares, elektrisch leitfähiges Trägerelement (6; 16) gebildet ist, das derart montiert, dass es mit der bewegten Bahn (1) synchron mitläuft und zumindest teilweise rückwärtig zur Bahn (1).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6) die Gegenelektrode bildet, und dass die mindestens eine Elektrode, die an das höhere Potential gelegt ist, durch spitzförmige Elektroden (8) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) die mindestens eine Elektrode bildet, die an das höhere Potential gelegt ist, und dass die Gegenelektrode (15) in einer Abschirmung aufgenommen ist, in der ein Vakuum erzeugt wird, und die eine offene Seite hat, die der gegenüberliegenden Seite der Bahn (1) bezüglich des Trägerelements (16) zugewandt angeordnet ist.