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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Herstellen von hochglänzenden, hochwertigen Zeitschriftenpapiersorten
mittels online-Kalandern. Beim online-Kalandern ist der Kalander
direkt nach einer Papiermaschine oder einem Beschichter angeordnet,
und die Bahn wird auch direkt an den Kalander geführt. Diese
Art von geglätteten
Papiersorten wurde zuvor durch offline-Kalander hergestellt und
normalerweise wurden zwei oder drei Kalander benutzt, um auf einer
Produktionslinie hergestelltes Papier handzuhaben, wobei das Papier
vor dem Kalandern gewalzt wurde. Die Geschwindigkeit von älteren Superkalendern
hat ihren Einsatz als online-Kalender begrenzt. Jedoch hat es die
heutige Entwicklung von modernen Superkalendern und neuen Mehrspaltkalendern
ermöglicht,
die Betriebs-Geschwindigkeit dieser Kalander auf das Niveau der
Produktionsgeschwindigkeit von Papiermaschinen und Beschichtern
zu erhöhen,
was es ermöglichte,
diese Kalander auch in Onlineanordnungen zu benutzen. Alle Mehrspaltkalander
umfassen mehrere Pressspalten, die aus weichen und harten Walzen
gebildet sind. Die Außenfläche der
weichen Walzen ist aus Papier oder anderem fest gepresstem Faserstoff
oder einem geeigneten Polymermaterial gemacht. Die harten Walzen
sind aus Stahl gemacht, und die meisten der harten Walzen können mit Öl, Wasserdampf
oder durch andere Mittel, wie beispielsweise durch elektrische Induktion
geheizt werden.
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Der
Zweck des Kalanderns besteht darin, die Glätte, den Glanz und andere Eigenschaften
der Druckoberfläche
des Papiers zu steigern. Diese verbesserten Eigenschaften der Druckoberfläche verbessern
die Endqualität
des bedruckten Blattes. Die Bedruckbarkeit von Papier und die Qualität der bedruckten
Oberfläche
sind Hauptqualitätsfaktoren,
die vom Papierbenutzer geschätzt
werden.
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Erreicht
wird das Glätten
der Papieroberfläche,
indem die Faserstruktur gleichzeitig einem hohen Druck und einer
Hitze ausgesetzt wird, was durch Aufheizen der harten Walzen und
Zusammenpressen der Walzen erreicht wird, so dass eine große Liner-Spaltkraft an den
Pressspalten zwischen den Walzen erzeugt wird. Unter dem Einfluss
dieser Kräfte
erreichen die das Papier bildenden Fasern ihre Glasübergangstemperatur,
wobei die durch die Pressspaltenlast verursachte Verformung beständig ist.
Das Gleiten der Papieroberfläche
auf der Walzenoberfläche
kann auch ein Verformen der Fasern verursachen und den Glättungseffekt
verstärken.
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Wenn
Mehrspaltkalandern angewendet wurde, wurde das Papier auf herkömmliche
Weise in einer Papiermaschine hergestellt und falls gewünscht anschließend beschichtet.
In beiden Fällen
wurde das beschichtete oder unbeschichtete Papier auf Lagerwickel
gewickelt und in separaten Kalandern geglättet. Das Papier wurde auf
eine sehr niedrige Feuchtigkeit getrocknet, typischerweise auf 1–3% berechnet
aus dem Gesamtgewicht des Papiers. Vor dem Kalendern wird das Papier
rückbefeuchtet
auf einen höheren
Feuchtigkeitsgehalt, der für
gute Kalenderergebnisse erforderlich ist, typischerweise bis auf
6–10%
berechnet aus dem Gesamtgewicht des Papiers. Der Grund zum Trocknen
auf einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt besteht darin, das Feuchtigkeitsprofil über den
Maschinenquerschnitt (CD) auszugleichen. Die kurze Lagerung auf
Lagerwickeln vor dem Kalandern gleicht die Feuchtigkeit des Papiers
auf der Walze ebenso aus wie auch das Rückbefeuchten vor dem Kalandern.
In gegenwärtigen
online-Kalanderkonzepten
wird das Papier vor dem Kalandern auf einen sehr geringen Feuchtigkeitsgehalt
getrocknet und unmittelbar vor dem Kalandern befeuchtet. Der Vorgang
ist deshalb nahezu der gleiche wie bei offline-Kalandern, nur ohne Feuchtigkeitsausgleichsspeicher.
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Das
Rückbefeuchten
kann z.B. mit in dem US-Patent 5,286,348 beschriebenen Wassersprühvorrichtungen
erfolgen, worin eine Rückbefeuchtungsvorrichtung
beschrieben ist, um ein gutes Feuchtigkeitsprofil in Maschinenquerrichtung
zu erhalten.
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Das
mit dem Trocknen und anschließenden Rückbefeuchten
des Papiers verbundene Problem ist die Zeit, die das Papier benötigt, das
Wasser und die Feuchtigkeit zum Ausgleichen aufzunehmen, insbesondere
in Richtung der Papierstärke
und über den
Oberflächenbereich
der Bahn. Wenn die Rückbefeuchtung
einfach vor dem Kalandern erfolgt, wird das ungleichmäßige Feuchtigkeitsprofil
die letztendlichen Oberflächeneigenschaften
des hergestellten Papiers beeinflussen und die Qualitätseinstufung
des Papiers ist vermindert. Wie zuvor dargelegt, wurden die Papierwickel
nach dem Rückbefeuchten
aufgewickelt und zum Feuchtigkeitsausgleich zur Wartestation überführt, wonach
die Walzen zum letzten Kalandern zu offline-Kalandern gebracht wurden,
um einen hohen Glanz herzustellen und die Oberfläche des Papiers zu verdichten.
In diesen Offlinesystemen bestand kein Bedarf zur Verbesserung der
Feuchtigkeitssteuerung, weil herkömmlicherweise superkalanderte
Papiersorten wie SCA und LWC in offline-Kalandern bei geringeren
Geschwindigkeiten als die Geschwindigkeit der Papiermaschine geglättet wurden
und genügend
Zeit zum Ausgleichen der Feuchtigkeit auf den Speicherwickeln bestand.
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Der
Trocknungs- und Rückbefeuchtungsvorgang
vergrößert den
zur Papierherstellung benötigten
Energieverbrauch und den benötigten
Platz verglichen mit einem Vorgang ohne Rückbefeuchten und Übertrocknen
vor dem Kalandern. Ein ungleichmäßiges Feuchtigkeitsprofil
ergibt ungleichmäßigen Glanz
und ungleichmäßige Stärkeprofile
aufgrund des Einflusses der Feuchtigkeit auf die Faserverformbarkeit.
Wenn das Stärkeprofil
ungleichmäßig ist,
führt das
zu Schwierigkeiten beim Wickeln und kann sogar querlaufende Unebenheiten
bei der Kundenwalze verursachen. Die CD-Unebenheiten vermindern die Laufeigenschaften
des Papiers in den Druckpressen und Verarbeitungsmaschinen und vermindern
auf diesem Weg die Qualität
des Materials aus Sicht des Kunden.
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Das
Feuchtigkeitsprofil beeinflusst zahlreiche Faktoren des Papierherstellungsprozesses
und der Eigenschaften des Papiers. Ein sehr bemerkenswertes Merkmal
ist, dass wenn Feuchtigkeitsprofilunterschiede im Papier gegenwärtig sind,
die trockeneren Teile des Papiers eher beginnen einzugehen und sie
gehen mehr ein als die feuchten Teile, was zum Dehnen der feuchten
Teile führt.
Das ungleichmäßige Dehnen
führt zum
Eingehen der trockenen Teile und zum Dehnen der feuchten Teile,
was weiter zu Stärkeschwankungen,
Dehnschwankungen und Schwankungen bei den Papiereigenschaften führt. Eine
genauere Beschreibung des Einflusses der Feuchtigkeit und der Feuchtigkeitsschwankungen
wird mit der genauen Beschreibung der Erfindung gegeben.
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Das
Feuchtigkeitsprofil des Papiers, welches hergestellt wird, wird
gegenwärtig
auf verschiedene Weise gesteuert, insbesondere zu Beginn der Bahnbildung.
Der Zweck der Steuerung des Feuchtigkeitsprofils in gegenwärtigen Technologien
besteht darin, eine gute Lauffähigkeit
der Maschine und des Produktes zu sichern, das hergestellt wird.
Das ist verständlich,
da eine starke Verknüpfung
zwischen dem Feuchtigkeitsprofil und dem Spannungsprofil besteht.
Beim offline-Kalandern wird das Feuchtigkeitsprofil vorzugsweise
in denjenigen Teilen des Herstellungsprozesses so gleichmäßig wie
möglich gehalten,
wo der Einfluss des Spannungsprofils auf die Lauffähigkeit
am Größten ist.
Die durch Feuchtigkeitsvariationen und das Spannungsprofil hervorgerufenen
Spannungen in der Bahn beeinflussen nicht die Eigenschaften des
Endproduktes als solche, da die Spannungen während der Warte- oder Speicherzeit
vor dem Kalandern Zeit zum Entspannen haben. Die normale Wartezeit
in Papiermühlen
für off-line-kalandertes
Papier herstellenden beträgt
ungefähr
1–5 Stunden.
Gegenwärtige
Feuchtigkeitssteuerverfahren berücksichtigen
nicht die Anforderungen vom Mehrspalt-online-Kalandern und deshalb
kann die Qualität
des kalanderten Papiers durch gegenwärtige Feuchtigkeit nachteilig
beeinflusst werden, und deshalb kann die Qualität des kalanderten Papiers sogar
durch gegenwärtige
Feuchtigkeitssteuerungs-Prozeduren
nachteilig beeinflusst werden.
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Die
US-A-4,378,639 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von geglättetem Papier
durch ein Onlineherstellungssystem, umfassend wenigstens eine Papiermaschine
und einen Mehrspaltkalander, welches Verfahren die Schritte des
Wasserentziehens aus einer gebildeten Papierbahn durch Ausdrücken, Trocknen
der ausgedrückten
Papierbahn mit wenigstens einem Trockner und Kalandern der getrockneten Bahn
mit dem Mehrspaltkalander umfasst. Entsprechend US-A-4,378,639 wird
das Maschinenquerschnitts-Feuchtigkeitsprofil der Bahn am trockenen Ende
des Trocknungsabschnitts der Papiermaschine gemessen und das Feuchtigkeitsprofil
der Bahn wird am feuchten Ende der Papiermaschine in einem Bereich
variiert, wo der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn wenigstens 25% beträgt, um sicherzustellen,
dass das Feuchtigkeitsprofil der Bahn gleichmäßig ist, wenn die Bahn in den
Kalander eintritt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird das Querschnitts-Feuchtigkeitsprofil
der hergestellten Papierbahn an wenigstens einer Stelle in der Produktionsmaschine
gemessen und die Feuchtigkeit der Bahn wird in einer Trocknungsphase
variiert, in der der Feststoffgehalt der Bahn mindestens 85% beträgt, indem
Wasser auf die Bahn als Nebel oder Spray aufgebracht wird, so dass
das Feuchtigkeitsprofil der Bahn vor dem Kalandern ausgeglichen wird
und ein bestmöglichstes
Kalanderergebnis in einem online-Mehrspaltkalander erreicht wird.
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Die
Feuchtigkeits-Profilmessung kann direkt erfolgen oder durch Messen
eines Wertes, der den Wert der Feuchtigkeit indirekt anzeigt. Ein
derartiger Indikator ist beispielsweise eine Bahnspannung, die entsprechend
der Bahnfeuchtigkeit variiert, weil die Stärke der Bahn entsprechend ihrem
Feuchtigkeitsgehalt variiert. Die Bahnfeuchtigkeitsmessung kann an
jeder Position der Produktionslinie erfolgen, aber um eine gleichmäßige Querschnitts-Feuchtigkeitsverteilung
an dem Kalander zu erreichen, muss wenigstens ein Feuchtigkeitsmesspunkt
an dem Ende der Maschine positioniert sein, in einem Bereich vor der
letzten Vorrichtung, die das Feuchtigkeitsprofil beeinflusst, und
vor der Wickelmaschine.
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Die
Erfindung bietet unter anderem die folgenden Vorteile. Es besteht
kein Bedarf zum Trocknen und anschließendem Rückbefeuchten des Papiers, weshalb
der Energieverbrauch kleiner ist und die Maschine kürzer gebaut
werden kann. Das Stärkeprofil
und der Glanz des Papiers ist verbessert. Die Laufeigenschaft des
Papiers in der Druckpresse ist besser und die allgemeine Kundenqualität kann gesteigert
werden.
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Andere
Ziele und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es
soll jedoch so verstanden werden, dass die Zeichnungen nur zum Zweck
der Illustration gedacht sind und nicht als eine Definition der
Grenzen der Erfindung dienen, die auf die beigefügten Ansprüche bezogen sein sollen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
eine Darstellung des Einflusses der Maschinenquerschnitts-Feuchtigkeitsschwankung auf
eine herzustellende Bahn.
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2 ist
eine schematische Ansicht der Ausführung der Erfindung.
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3 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, die zur Ausführung der
Erfindung benutzt werden kann.
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4 zeigt
eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung, die zur Ausführung der
Erfindung benutzt werden kann.
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5 zeigt
schematisch ein Detail der in 3 und 4 gezeigten
Vorrichtung.
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6 ist
eine Tabelle, die typische Papiersorten zeigt, die entsprechend
der Erfindung hergestellt werden können.
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Detaillierte Beschreibung
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
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Gegenwärtige Feuchtigkeits-Profilierungsstrategien
berücksichtigen
nicht den Einfluss der Profilierung auf die Struktur des Endprodukts
und das weitere Prozesspotential. Die Bedeutung der im Papier verbleibenden
Spannungen und seiner möglichen
Strukturdefekte ist verstärkt
in einem online-Kalanderverfahren, in welchem die Spannungen vor dem
Trocknen keine Zeit zum Entspannen haben, da das Kalandern wenige
Millisekunden erfolgt, nachdem die Bahn die letzte Trocknungsvorrichtung
verlässt.
Angesichts der Morphologie der Fasern kann das Verhalten der Faserbahn
beim Trocknen entsprechend dem Feststoffgehalt der Bahn in Stadien unterteilt
werden. Wenn der Feststoffgehalt 50–55% beträgt, steigt der Feststoffgehalt
ohne Änderungen der
Fasermorphologie. Wenn der Feststoffgehalt auf 50–55% bis
60–65%
ansteigt, beginnen die Fasern an den Faserkreuzungspunkten (Verbindungspunkten)
zu verflachen, wohingegen sich an der Oberfläche der Bahn keine Änderungen
ergeben. Wenn der Feststoffgehalt 60–65% bis 70–75% beträgt, beginnen Falten, die parallel
zur longitudinalen Achse der Fasern ausgerichtet sind, aufzutauchen
und die Verflachung der Fasern setzt sich fort. Bei Feststoffgehalten
von 70–75%
bis 80–85%
beginnen die Fasern in Richtung quer zu ihren nicht verbundenen
Teilen einzugehen, das Verflachen der Fasern setzt sich fort und
die longitudinalen Falten nehmen zu. Wenn der Feststoffgehalt auf
80–85%
bis 90% ansteigt, beginnen die Fasern in der Querrichtung auch an
verbundenen Stellen einzugehen, das Eingehen in Querrichtung setzt
sich fort und die Falten können
deutlich gesehen werden. Die Morphologie der Bahn erreicht ihre
endgültige
Form bei Feststoffgehalten von etwa 90%. Das Eingehen von einzelnen
Fasern ist am beträchtlichsten
bei Feststoffgehalten von 60–85%.
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Bei
Doppelsiebmaschinen beginnt das Eingehen früher als bei Einzelsiebmaschinen.
Bei Doppelsiebmaschinen liegt der Startpunkt bei etwa 55% Feststoffe
und bei Einzelsiebmaschinen bei etwa 65%. Bei beiden Maschinentypen
setzt sich das Eingehen in Querschnittsrichtung von dem Beginn des Eingehens
bis zum Ende des Trocknens fort. Der Zuwachs des Eingehens ist näherungsweise
eine lineare Funktion des Feststoffgehalts. Die gezeigten Werte
sind Mittelwerte und das Holz-/Fasermaterial, das Herstellungsverfahren
und die Feststoffmasse und ihre Handhabung beeinflussen die Feststoffgehaltwerte,
bei denen die Änderungen
der Morphologie stattfinden.
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Die
Theorie hinter der Morphologie der Fasern ergibt folgende Möglichkeiten
zur Steuerung des Feuchtigkeitsprofils.
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Verfahren
A
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Ein
Egalisieren des Feuchtigkeitsprofils bevor das starke Eingehen des
Papiers einsetzt, bedeutet. dass die Messung und die Justierung
des Feuchtigkeitsprofils in der Feuchtigkeitspresszone der Papiermaschine
erfolgen muss und der Feststoffgehalt etwa höchstens 60% beträgt, abhängig von
der Sorte, die hergestellt wird. Dieses Verfahren ist aus mehreren
Gründen
zu bevorzugen. Falls wesentliche Änderungen der Feuchtigkeit
des Papiers vorliegen, wenn es beginnt einzugehen, beginnen die
trockeneren Teile eher einzugehen, als die feuchteren Teile (siehe 1).
Die feuchten Teile dehnen sich in Querschnittsrichtung und die trockeneren
Teile gehen ein und werden dichter. Das kann zu Stärkeschwankungen,
Schwankungen, zu Trocknungseingehen und zu Schwankungen der Eigenschaften
des hergestellten Papiers führen.
Das Eingehen des Papiers liegt in der gleichen physikalischen Phase
vor, wie die sogenannte Phase abnehmender Verdampfungsrate. Typisch
für diese
Phase ist es, dass die Oberflächen
der Bahn nahezu trocken und der mittlere Teil wesentlich feuchter
ist. In dieser Phase trägt die
Oberfläche
die meisten der Kräfte,
die der Bahn in Richtung der Maschine auferlegt sind. Falls der Bahn
Wasser in diesem Stadium zugeführt
wird, bricht das Wasser Bindungen zwischen den Fasern, dieser Teil
der Bahn wird beträchtlich
im Verhältnis
zu seiner Umgebung geschwäch.
Deshalb wird eine große
Eingeh- und Dehnfläche
in der Umgebung dieses Bereichs induziert.
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Die
Gleichmäßigkeit
der Eigenschaften in Querschnittrichtung des Papiers, die in dem
Trocknungsstadium des Papiers ausgeprägt werden, sind eine wesentliche
Anforderung, damit das Papier in dem Kalanderungsstadium bei der
Herstellung von z.B. onlinegeglättetem
SC-Papier genügend
gepresst werden kann. Falls das nicht erreicht werden kann und erhebliche
Schwankungen in der Stärke, dem
Elastizitätsmodul,
dem Trocknungseingang oder der Dichte vor dem Kalandern vorliegen,
wird das die Herstellung von großen Maschinenwickeln erschweren.
Noch wichtiger ist, dass im schlimmsten Fall die Qualität des zum
Kunden gelieferten Papiers abnimmt.
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In
einem Feststoffgehaltsbereich vom Feuchtigkeitspressen bis etwa
60% kann die Justierung des Feuchtigkeitsprofils auf der Grundlage
des folgenden Mechanismus erfolgen: Durch Befeuchten mit Wasser
oder Dampf, durch Behandeln der Bahn mit heißer oder kalter Luft, durch
Infrarottrockner oder durch Mikrowellen oder differenziell heizbare oder
kühlbare
Zylinder. Die Wasser- und Dampfbehandlungsverfahren können Befeuchtungsverfahren genannt
werden und die anderen Verfahren basieren auf entweder Steigern
der Verdampfungsrate des Wassers aus der Bahn oder Verminderung
derselben durch Kühlen
der Bahn. Beispiele von geeigneten Vorrichtungen werden später gezeigt.
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Verfahren
B
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Die
Feuchtigkeitsprofilsteuerung im Bereich von 60–85% Feststoffgehalten sollte
mit Verfahren, basierend auf Temperatursteuerung wie durch Behandeln
der Bahn mit heißer
oder kalter Luft, durch Infrarottrockner oder durch Mikrowellen
oder durch heizbare oder kühlbare
Zylinder durchgeführt
werden. Befeuchtungsverfahren sollten aufgrund von Zusammenhängen mit
starkem Eingehen in diesem Bereich nicht in diesem Bereich verwendet
werden.
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Verfahren
C
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Wenn
der Feststoffgehalt über
85% liegt, können
alle Verfahren benutzt werden, die zur Benutzung bei Verfahren A
geeignet sind, da kein bedeutendes Eingehen stattfindet. Dieser
Feststoffgehaltbereich repräsentiert
auch den Feststoffgehalt einer Bahn, die beschichtet ist, weshalb
für Beschichtungsmaschinen
gleiche Profilierungsverfahren eingesetzt werden können. Falls
beschichtetes Papier hergestellt wird, ist es wichtig, dass die
Justierung des Feuchtigkeitsprofils spätestens nach der letzten Beschichtungsstation
durchgeführt
wird, da die feuchte Beschichtungsmixtur das Feuchtigkeitsprofil ändern kann,
z.B. aufgrund von schwankenden Absorptionseigenschaften des Basispapiers.
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Vollständiges Feuchtigkeitsprofilsteuerungskonzept für eine Papiermaschine
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist schematisch in 2 gezeigt. 2 beschreibt
eine Auspresssektion einer Papiermaschine und nachfolgende Trocknergruppen.
Die Trocknergruppen können
bestehen aus Trocknungszylindern, Infrarottrocknern, Lufttrocknern,
aus anderen Trocknern oder sie können
eine Kombination von gemeinhin benutzten Trocknertypen sein. Trocknungsgehalte (DMC,
Feststoffgehalt) in unterschiedlichen Stadien der Bahnbildung sind
am unteren Rand der Figur gezeigt. Wie aus 2 ersichtlich
ist, beträgt
der Feststoffgehalt einer die Auspresssektion einer Papiermaschine
verlassenden Bahn 40–55%,
und nach der ersten Trocknergruppe steigt der Feststoffgehalt auf etwa
60% und steigt graduell mit fortschreitendem Trocknungsprozess.
An den Stellen D und/oder E kann die Bahn auf einen Feststoffgehalt
unterhalb der Feuchtigkeit getrocknet werden, bei der das Papier
tatsächlich
verwendet wird.
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Das
Feuchtigkeitspressen nach Bildung des Papiers kann mit konventionellen
Pressen durchgeführt
werden oder bevorzugt mit einer modernen Schuhpresse, da die Schuhpresse
die kleinen Feuchtigkeitsschwankungen wirkungsvoll ausgleicht. Eine
Feuchtigkeitsprofilierung kann an der Auspresssektion durch Profilierungswalzen
oder durch Dampf erfolgen. In diesem Fall sind die Profilierungsmittel durch
Messinstrumente gesteuert, die bei Position A angeordnet sind. Das
Messverfahren kann eine Feuchtigkeitsmessung, Temperaturmessung,
Spannungsmessung oder ein anderes Verfahren sein, das das Feuchtigkeitsprofil
der Bahn im Maschinenquerschnitt anzeigt. Ein sehr gut geeignetes
Verfahren zur Messung und Steuerung unterschiedlicher Kenngrößen im Papierherstellungsprozess
ist in der
US 5,649,448 gezeigt.
An den Stellen A und/oder B kann sich eine Feuchtigkeitsjustierungsvorrichtung
befinden, wie in Methode A benutzt. Die Justiervorrichtung wird
gesteuert durch ein Vorwärts-
oder ein Rückkopplungssteuerverfahren
oder beide, je nachdem, ob die Messung des Feuchtigkeitsprofils
vor oder nach der Justiervorrichtung erfolgt. An den Stellen C und/oder
D kann eine in Verfahren B verwendete Feuchtigkeits-Justiervorrichtung
verwendet werden. Die Justiervorrichtung wird wie zuvor beschrieben mittels
der Messergebnisse gesteuert.
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An
den Stellen D und/oder E kann eine Justiervorrichtung angeordnet
sein entsprechend dem Verfahren A. Die Vorrichtung kann eine Befeuchtungsvorrichtung
sein, wie eine Wasser- oder Dampfaufbringungsvorrichtung, nur wenn
die Struktur des Papiers die Behandlung durch die Vorrichtung übersteht
und der Trockenmittelgehalt wenigstens ca. 85% beträgt. Es ist
berücksichtigt,
dass die Struktur des Papiers die Anwendung des Befeuchtens übersteht,
falls die Menge des benutzten Wassers und der Feststoffgehalt die
Verwendung der Vorrichtung, ohne die in der Beschreibung von Verfahren
A beschriebenen Auswirkungen erlauben.
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Nach
Position E kann die Bahn abhängig
von der herzustellenden Papiersorte an einen Onlinemehrspaltkalender
oder an eine Onlinebeschichtungsmaschine überführt werden. Das Feuchtigkeitsprofil
muss kontrolliert werden, auch während dem
Beschichten und alle Justiervorrichtungen können benutzt werden, da der
Feststoffgehalt der Bahn während
dem Beschichten normalerweise größer als 85%
ist, da die Bahn bereits auf einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt
während
der Formations- und Trocknungsphasen getrocknet wurde. Im Folgenden werden
verschiedene Verfahren beschrieben, die zur Feuchtigkeitsprofilierung
geeignet sind. Diese Verfahren und Vorrichtungen sind geeignet zur
Feuchtigkeitsjustierung sowohl bei Papiermaschinen als auch bei Beschichtern,
falls die zuvor beschriebenen Einschränkungen berücksichtigt werden. Die im Folgenden
beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können alternativ oder gleichzeitig
benutzt werden.
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Ein
Profilierungsdampfbehälter
gesteuert durch Quer-Profilmessungen, welche nach dem Profilierungsdampfbehälter angeordnet
sind, kann in der Auspresssektion einer Papiermaschine benutzt werden.
Der Dampfbehälter
befindet sich vorteilhafterweise nachfolgend der ersten Trocknungszylindergruppe
und die Messungen sind vorteilhafterweise Feuchtigkeitsprofil-,
Spannungsprofil- oder Temperaturprofilmessungen oder eine Kombination
dieser Messungen. Da in Papiermaschinen Qualitätskontroll- und Steuerungssysteme
bereits mehrere Messinstrumente darstellen, sind alle diese Messverfahren
leicht an neue Bestimmungen anpassbar. Die CD-Temperatur (Querrichtungs-Temperatur)
kann entweder durch Kühlen
der Bahn oder durch ihre Erhitzung gesteuert werden. Die Temperaturjustierung kann
bei wenigstens einer, vorzugsweise der letzten der Trocknungszylindergruppen
erfolgen, um ein gleichförmiges
Temperaturprofil im Querschnitt der Bahn zu erreichen. Die Temperaturmesseinheit
kann nach der CD-Temperaturjustiereinheit in oder zwischen den Trocknungszylindergruppen
oder nach der letzten Trocknungszylindergruppe angeordnet sein.
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Feuchtigkeitsprofiljustierungen
vor der letzten Trocknungszylindergruppe sind auch anwendbar durch
Profilieren der Oberflächentemperaturen
der Trocknungszylinder und/oder durch Benutzen profilierender Infrarottrocknungseinheiten
zum Justieren der Feuchtigkeit der Bahn und/oder durch Benutzen von
Rückbefeuchtungsausrüstungen
für Profilkorrekturen.
Die Temperatur und/oder Feuchtigkeitsprofilmessung kann mit Instrumenten
durchgeführt
werden, die in oder nach der letzten Trocknungszylindergruppe angeordnet
sind. Da die zur Feuchtigkeitsprofilsteuerung benutzbaren Befeuchtungs-
und Heizverfahren die Formstabilität und Wasserabsorptionseigenschaften
der Bahn beeinflussen können,
bietet das Kühlen
der Bahn Vorteile gegenüber
solchen Verfahren, da die Einflüsse
des Kühlens
auf die erwähnten
Eigenschaften der Bahn kleiner sind als solche von Befeuchtungs-
oder Erhitzungsverfahren. Wenn für
das Profilieren Kühlen
verwendet wird, ist die Temperatur der Trocknungssektionen der Bahn herabgesenkt,
weshalb die Verdampfung abnimmt. Dieses Verfahren beeinflusst die
Eigenschaften der Fasern minimal. Die Temperaturjustierung kann
auf verschiedenen Wegen erfolgen, z.B. durch partielles Kühlen eines
Trocknungszylinders mit Luft oder sehr feinem Wasserdunst, der von
den Zylindern verdampft, ohne die Bahn signifikant zu befeuchten.
Der Einfluss des Wasserkühlens
basiert auf der für
das Verdampfen des Wassers benötigten
Energie. Das Profilieren mittels Kühlen kann auch erfolgen, indem kalte
Luft von einem Durchdringungsaustragslufttrockner geblasen wird.
Wenn das Profilieren an mehreren Orten sukzessive erfolgt, kann
das Feuchtigkeitsprofil mit geringen Änderungen gesteuert werden,
ohne andere wichtige Eigenschaften der Bahn schädlich zu beeinflussen. Die
Bahn kann auch auf die Maschinentemperatur oder die Temperatur des Maschinengehäuses vor
der Kalandereinheit heruntergekühlt
werden, um den Fortgang des Trocknens des Papiers zwischen Kalander
und letzter Trocknungsanlage zu verhindern. Das verhindert ungleichmäßige Feuchtigkeitsverdampfung
von der Bahn vor dem Kalandern. Wenn die Bahn in den Kalander eintritt,
beträgt
der bevorzugte Feuchtigkeitsgehalt 7–20% berechnet aus dem Gesamtgewicht
der Bahn.
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Eine
letzte Feuchtigkeitsprofiljustierung kann auch durch Aufbringen
von Wasser in Form von Dampf, Spray oder einem dünnen Film durchgeführt werden,
das auf das Papier in einer Kalanderspalte oder durch eine Oberflächenkalibrierungseinheit
innerhalb einer Trocknungszylindergruppe oder zwischen dem letzten
Trocknungszylinder und dem Kalander aufgebracht wird. In diesem
Fall kann die CD-Feuchtigkeitsprofilmessung
unmittelbar vor dem Kalender oder nach dem Kalender vor der Wickeleinheit
angeordnet sein. Eine Filmübertragungseinheit oder
eine Oberflächenkalibrierungseinheit
kann zum Feuchtigkeitsprofilieren benutzt werden durch Steuerung
der Stärke
des Wasserfilms, der auf die Filmüberführungswalze aufgelegten Filmgröße.
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3–5 zeigen
schematisch einen Profilierungsgebläsebehälter, der entweder zum Kühlen oder
zum Erwärmen
einer Bahn benutzt werden kann. Der Behälter umfasst ein Gehäuse 1,
das eine Düsenfläche 2 bildet,
die ausgeformt ist, eine Walze nachzuformen, über welche eine Bahn läuft. Luft
oder Dampf kann in das Gehäuse 1 durch
die Ankopplung 3 geblasen werden und selbiger) wird von
dem Gehäuse 1 durch
die Zerstäuberdüsenoberfläche gegen die
Bahn geblasen. Die Düsenfläche 2 umfasst
eine Anordnung von beweglichen Bändern 5,
die angeordnet sind, sich zwischen Führungen oder Schienen zu bewegen.
Ein Ende der Bänder
ist um eine Antriebswelle 7 gewunden, welche in Sektionen
unterteilt ist, so dass jedes Band seine eigene Antriebssektion
hat. Durch Drehung der Antriebssektion ist es möglich, die Bänder zwischen
den Schienen zu bewegen, so dass sie unterschiedliche Längen von
der Fläche
der Ansatzfläche
bedecken. Falls die Bänder schmal
sind, z.B. 10–100
mm breit, kann die Vorrichtung zur Kompensation kleiner Schwankungen
des Feuchtigkeitsprofils benutzt werden. Mit anderen Vorrichtungen
kann es schwierig sein, eine so fein abgestufte Profilsteuerung
wie mit dieser Vorrichtung zu erhalten.
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Die
Feuchtigkeitsprofilsteuerung und -justierung wird vorzugsweise auf
mehr als einem der zuvor beschriebenen Wege durchgeführt. Wenn
verschiedene Korrekturschritte benutzt werden, wird der Bedarf für größere Justierungen
in einem Schritt vermieden und die Einflüsse auf das Verfahren und das
Papier sind kleiner. Ebenso wird die Steuerung der Vorrichtung einfacher.
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Die
Erfindung kann für
mehrere Arten von Mehrspaltkalandern benutzt werden, die durch mehrere
Kalanderpressspalten und relativ hohe Pressspaltenlasten gekennzeichnet
sind. Beispiele dieser Arten von Kalandern sind Superkalander, Janus
Konzept Kalander (siehe Paper Asien, Okt. 1997, Prüfungskarten
Nr.: 10/007), ein in dem US-Patent Nr. 5,438,920 gezeigter Kalender
oder andere Typen von Mehrspaltkalandern, die zur Herstellung von Hochglanzpapiersorten
benutzt werden. Beispiele der Papiersorten, die für die Herstellung
entsprechend der Erfindung geeignet sind und ihre Eigenschaften
sind in 6 gezeigt, welche selbsterklärend ist.